НОВЫЕ_МЕТОДИЧКИ / 231_1определение_скрытой_теплоты_NEW
.pdfЛабораторная установка 231 ''Определение скрытой теплоты фазовых переходов"
Задачи эксперимента:
Измерить удельную теплоту парообразования и конденсации воды Оборудование:
Сосуд Дьюара Водоотделитель Mobile-CASSY
NiCr-Ni (хромит никеля -никель) адаптер S NiCr-Ni температурный сенсор 1,5 мм Школьные и лабораторные весы 610 Tare Парогенератор Силиконовая подводка, 7 мм
V-образный штатив, 20 см Штативный стержень, 47 см Универсальный зажим I Универсальный зажим, 0-80 мм Стакан, 400 мл, низкий
Принципы работы: Когда теплота передается веществу при постоянном давлении, температура вещества, как правило, возрастает. Если, однако, происходит фазовый переход, температура не повышается, так как передаваемое тепло потребляется при фазовом переходе. Как только фазовый переход закончен, температура снова возрастает, если нагревание продолжается. Примером фазового перехода первого рода является испарение. Энергия, потребляемая на испарение единицы массы вещества, называется удельной теплотой испарения QV.
В эксперименте, конкретная величина QV теплоты испарения воды определяется по конденсации чистого пара в калориметре. Пар нагревает холодную воду до температуры смешивания ϑ m и конденсируется в воду, которая охлаждается до температуры смешивания. Теплота испарения передается воде. В дополнение к температуре смеси, начальная температура ϑ 2 и масса m2 холодной воды, а также масса m1 конденсированной воды измеряются. Теплоту, израсходованную на испарение, можно рассчитать следующим образом:
тепло, выделяемое паром как сумма тепла:
D Q = c × m × (1000 C - ϑ |
m |
) |
(1), |
|
1 |
1 |
|
|
|
с − удельная теплоемкость воды,
вода конденсируется и её температура охлаждается от 1000С до температуры смешивания ϑ m , и теплота D Q2 , которая выделяется при процессе конденсации пара в воду. Эта
теплота передается воде при температуре ϑ 1 » 1000 C , для того чтобы она снова испарялась, следовательно, мы имеем:
D Q2 = m1 × QV |
(2) |
Теплота, которая поглощается холодной водой при смешивании с паром, определяется:
D Q3 = c × m2 (ϑ m - ϑ 2 ) |
(3) |
Тогда как, теплоту, которую поглощает калориметр, можно рассчитать, так как масса воды в калориметре известна:
D Q4 = |
c × mk (ϑ m - ϑ 2 ) , |
(4) |
|
mk=30 г. |
|
|
|
Выделяемая теплота равна D Q1 + |
D Q2 , поглощаемая теплота равна D Q3 + |
D Q4 , отсюда, |
|
следует, что: |
|
|
|
QV |
= |
(m2 + mk ) × (ϑ m - ϑ 2 ) - (1000 C - ϑ m ) . |
(5) |
c |
|
m1 |
|
Схема экспериментальной установки показана на рис. 1.
Рис. 1 Схема экспериментальной установки для определения удельной теплоемкость воды левый рисунок: измерение температуры с помощью термометра.
правый рисунок: измерение температуры с помощью датчика тепла
Выполнение работы:
Для проведения эксперимента необходим сосуд Дьюара.
1)Опустите датчик температуры NiCr-Ni в сосуд Дьюара.
2)Откройте крышку парогенератора и заполните дистиллированной водой парогенератор на высоту около 2 см, накройте крышкой и тщательно закрепите захватывающим устройством.
3)Проверьте расположение трубки для выхода пара на входе сепаратора воды. Она должна быть расположена так, чтобы расстояние до нижней пробки было больше, чем расстояние до верхней пробки. Сдвигайте трубку пара на выходе, пока она не достигнет верхней пробки. Используйте силиконовые трубки для подключения трубки пара на выходе из парогенератора к входу трубки пара водоотделителя. Не зажимайте водоотделитель.
4)Приподнимите сосуд Дьюара, не задевая водоотделитель, и выставите весы на ноль.
5)Поставьте сосуд Дьюара на весы и определите массу пустого сосуда.
6)Налейте около 150 г дистиллированной воды внутрь сосуда Дьюара, определите его
массу m2 и температуру ϑ 2 , с помощью сенсора. Для определения температуры нажмите кнопку «меню» на панели сенсора.
7)Поставьте водоотделитель в стакан и убедитесь, что силиконовые трубки хорошо зафиксированы.
8)Включите парогенератор в сеть, в нижней части парогенератора поставьте выключатель на цифру 4.
9) Дождитесь повышения температуры примерно до 850С и выключите парогенератор, и быстро определите общую массу сосуда Дьюара с водой.
10)Не трогайте прибор до полного остывания воды.
11)По формулам (1-5) определить удельную теплоту парообразования и конденсации воды.
Вопросы к работе:
1.Первое начало термодинамики.
2.Теплоемкость.
3.Фазовые переходы первого рода и скрытая теплота перехода.
4.Уравнение Клайперона-Клаузиуса
Результаты измерений, пример: масса холодной воды m2: 153,8 г;
температура ϑ 2 холодной воды: 28.10 C;
определение массы после смешивания с паром: 174,0 г; температура после смешивания ϑ m : 88,30 C;
Обработка результатов: m1 = 174.0 − 154.3 = 19.7 г;
m2 =153.8г;
ϑm = 88.30 C
ϑ2 = 28.10 C
масса сосуда Дьюара: mk=30 г;
удельная теплоемкость воды: с = 4,19 кДж/кг; Подставляя эти значения в уравнение (5), получаем, что
Qcv = 520K и QV = 2,18×103 кДж/кг. Табличное значение: QV = 2,257 10 3 кДж/кг.