Экспериментальная установка

Схема лабораторной установки приведена на рис.3. Установка состоит из электрического нагревателя (печи) 2, регулятора напряжения и кварцевого тигля 3, заполненного испытуемым металлом (здесь оловом). В металл погружены две термопары: 4 – с записью ее ТЭДС на ленточной диаграмме электронного потенциометра ЭП и 5 – с измерением ТЭДС вручную, с помощью потенциометра типа ПП-63. Градуировочная таблица термопар при температуре холодного спая дана в таблице 2.

Рис. 3

Порядок выполнения работы

Диаграмма плавления (или отвердевания) металла может быть получена путем измерения ТЭДС вручную или с помощью электронного потенциометра. Второй прибор можно использовать для дополнительного контроля.

1. Измерить температуру холодного спая (комнатную температуру) с помощью лабораторного термометра.

2. Подготовить к работе потенциометр ПП-63 (см. инструкции на рабочем столе). Установить рабочий ток, измерить ТЭДС при начальных условиях. С помощью таблицы 2 найти начальную температуру металла.

3. Подготовить к работе электронный потенциометр, протяжку ленты включить на несколько секунд для проверки.

4. Установить регулятор напряжения печи в положение 100. Включить печь.

5. Измерение ТЭДС проводить вручную через равные промежутки времени. Результаты записать в таблицу 1. Можно автоматизировать эксперимент, регистрируя ТЭДС на ленте ЭП.

6. По достижении ТЭДС примерно 18 тВ выключить печь и записать диаграмму отвердевания (или измерить вручную). Поскольку при кристаллизации площадка постоянной температуры получается обычно более четкой, для определения теплоты плавления рекомендуется использовать диаграмму отвердевания пробы. В период собственной кристаллизации постоянную температуру фазового перехода измерить несколько раз с помощью потенциометра ПП-63.

Таблица 1

t, мин	Е, тВ	Т,	=
1. …

Обработка результатов

1. Пользуясь таблицей 2 и результатами измерения ТЭДС на участке , найти температуру плавления олова. Оценить погрешность измерения с учетом приборной погрешности потенциометра.

2. Используя диаграмму затвердевания олова, записанную на ленте потенциометра ЭП, определить удельную теплоту плавления олова. Для этого:

1. о тметить на диаграмме точки, соответствующие началу и концу процесса затвердевания (точки 1 и 2 на рис.4); измерить длину вертикального отрезка 1-2, соответствующего двухфазному состоянию; вычислить время затвердевания , где - скорость протяжки ленты потенциометра.

2. выделить прямолинейные участки диаграммы вблизи области фазового перехода (участки и на рис.4); определить по диаграмме соответствующие этим участкам приращения температуры и длины . По формуле вычислить приращение времени ; вычислить скорость охлаждения образца .

с) с помощью формулы (4) вычислить удельную теплоту плавления металла.

3. Сравнить полученные результаты с табличными (приложение 3).

Примечание: поскольку в окрестности точек 2 и 1 кривая остывания не имеет четкого излома, для определения положения точек 2 и 1 необходимо экстраполировать участки 2- , 2-1 и 1- прямыми линиями и определить положение точек 2 и 1 по пересечению этих линий.

Контрольные вопросы

1. Что называется температурой?

2. Какое превращение называется фазовым переходом первого рода?

3. Почему процесс плавления происходит при постоянной температуре?

4. Что называется удельной теплотой плавления?

5. Опишите метод измерения температуры с помощью термопары.

Литература

1. А.А.Детлаф, Б.М.Яворский, Л.Б.Милковская. Курс физики, М., «Высшая школа», 1973, т.1.

2. Г.А.Зисман, О.М.Тодес. Курс общей физики, М., «Наука», 1972, т.1.

3. И.В.Савельев Курс общей физики, т. 1, М., «Астрель», 2005.

Таблица 2. Градуировка термопары

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	0,00	0,07	0,13	0,20	0,26	0,33	0,39	0,46	0,52	0,59
10	0,65	0,72	0,78	0,85	0,91	0,98	1,05	1,11	1,18	1,24
20	1,31	1,38	1,44	1,51	1,57	1,64	1,70	1,77	1,84	1,91
30	1,98	2,06	2,14	2,22	2,30	2,38	2,46	2,54	2,62	2,70
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…
130	9,00	9,08	9,16	9,24	9,32	9,40	9,48	9,56	9,64	9,76
140	9,84	9,92	10,0	10,08	10,16	10,24	10,32	10,40	10,48	10,56
150	10,64	10,72	11,00	11,08	11,16	11,24	11,32	11,40	11,48	11,56
160	11,62	11,67	11,72	11,77	11,82	11,87	11,92	11,97	12,02	12,15
170	12,24	12,32	12,40	12,48	12,55	12,63	12,71	12,79	12,87	12,95
180	13,03	13,11	13,19	13,27	13,36	13,44	13,52	13,60	13,68	13,76
190	13,84	13,92	14,00	14,08	14,16	14,25	14,34	14,42	14,50	14,58
200	14,66	14,74	14,82	14,90	14,98	15,06	15,14	15,22	15,30	15,38
210	15,48	15,56	15,64	15,72	15,80	15,89	15,97	16,05	16,13	16,21
220	16,30	16,38	16,46	16,54	16,62	16,71	16,79	16,86	16,95	17,03
230	17,12	17,20	17,28	17,37	17,45	17,53	17,62	17,70	17,78	17,87
240	17,95	18,03	18,11	18,19	18,28	18,36	18,44	18,52	18,61	18,70
250	18,77	18,85	18,93	19,02	19,10	19,18	19,27	19,35	19,43	19,52
260	19,60	19,68	19,76	19,85	19,93	20,01	20,10	20,18	20,26	20,65