
НОВЫЕ_МЕТОДИЧКИ / 241_превращение_энергии_NEW
.docЛабораторная работа №241.1
Превращение механической энергии в теплоту.
Цель работы:
Проверка закона сохранения энергии, преобразование механической энергии в тепловую.
Энергия является одной из основных физических величин. Энергия имеет различные формы, которые могут преобразовываться из одной в другую.
В данной работе устанавливается эквивалентность механической и тепловой энергии. Механическая работа затрачивается на преодолении сил трения при прокручивании рукоятки. При этом повышается температура в калориметре и, следовательно, увеличением тепловой энергии. Два вида энергии механическая и тепловая могут быть получены и рассчитаны из числа оборотов и температуры.
|
Рис.1. Схема установки. |
-
Консоль
-
Водяной калориметр
-
Медный калориметр
-
Алюминиевый калориметр
-
Большой алюминиевый калориметр
-
Термопара
-
Частотомер
-
Груз, 5 кг
-
Вращающий механизм
Ход работы:
-
Залить в водяной калориметр воду и прикрепить его на вращающий механизм (как показано на рисунке).
-
Намотать веревку на калориметр, сделав 2-4 оборота, так чтобы она проскальзывала при вращении калориметра.
-
Подвесить груз к веревке, чтобы он не касался поля.
-
Вставить в калориметр термопару, зафиксировав её зажимом.
-
Запустить на ноутбуке CASSY Lab 2. Загрузить настройки для работы. (File-Open; D:\эксперименты\241.1).
-
В настройках CASSY обнулить значения числа оборотов (Sensor-CASSY2 InputA1 Time; >0<, задать теплоемкость калориметра (40+4.2 Дж/K) (Calculator Formula Heat capacity)
-
Запустить эксперимент в CASSY (F9).
-
Крутите ручку вращательного механизма. Необходимо следить, чтобы веревка не наматывалась на калориметр. При вращении рукоятки рука должна проходить через луч датчика оборотов.
-
Остановить эксперимент при достижении температуры 300С (F9).
-
Повторить эксперимент для медного калориметра (С=264+4.2 Дж/К); алюминиевого калориметра (С=188+4.2 Дж/К); и большого алюминиевого калориметра (С=384+4.2 Дж/К).
-
Посмотреть соотношение между механической энергией и тепловой для всех калориметров на диаграмме во вкладке Evaluation.
Лабораторная работа №241.2
Превращение электрической энергии в теплоту.
Цель работы:
Проверка закона сохранения энергии, преобразование электрической энергии в тепловую.
Энергия может быть в различных формах, которые могут превращаться из одной в другую. В замкнутой системе энергия сохраняется, поэтому энергия является основной физической величиной.
В данном эксперименте опытным путем устанавливается эквивалентность электрической и тепловой энергии. Электрическая энергия преобразуется в тепловую при нагревании спирали (катушки). При этом температура в калориметре возрастает или нагревается вода, в которую погружается нагревающая спираль. Температура T и ток I измеряется, как функция времени, при известном постоянном напряжении U. Электрическая энергия рассчитывается по формуле:
W=UIt, |
(1) |
где t время эксперимента.
Тепловая энергия определяется выражением:
Qтеп=Q(воды)+Q(калорим)=(свmв+ скmк)T, |
(2) |
где св – удельная теплоемкость воды, mв масса воды; ск – удельная теплоемкость материала калориметра, mк масса калориметра; Т разность конечной и начальной температур. Электрическая и тепловая энергии рассчитываются по формулам и сравниваются между собой.
|
Рис.1. Схема установки. |
-
Консоль
-
Медный калориметр
-
Алюминиевый калориметр
-
Большой алюминиевый калориметр
-
Термопара
-
Трансформатор низкого напряжения
Ход работы:
-
Залить в медный калориметр воду и подключить к сенсору CASSY 2, как показано на рисунке.
-
Вставить в калориметр термопару.
-
Включить трансформатор низкого напряжения.
-
Запустить на ноутбуке CASSY Lab 2. Загрузить настройки для работы. (File-Open; D:\эксперименты\241.2).
-
В настройках CASSY вывести показания напряжения (Sensor-CASSY2 InputA1 Voltage U A1. Вращая ручку трансформатора, выставить напряжение 9В.
-
В настройках вывести показания тока.
-
В настройках задать теплоемкость медного калориметра и воды, умноженные на массу (264+4.2 Дж/K) (Calculator Formula Heat capacity)
-
Запустить эксперимент в CASSY (F9).
-
Остановить эксперимент при достижении температуры 300С (F9).
-
Повторить эксперимент для алюминиевого калориметра (С=188+4.2 Дж/К); и большого алюминиевого калориметра (С=384+4.2 Дж/К).
-
Посмотреть соотношение между механической энергией и тепловой для всех калориметров на диаграмме во вкладке Evaluation.