НОВЫЕ_МЕТОДИЧКИ / 241_превращение_энергии_NEW

Лабораторная 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.

1. Консоль

2. Водяной калориметр

3. Медный калориметр

4. Алюминиевый калориметр

5. Большой алюминиевый калориметр

6. Термопара

7. Частотомер

8. Груз, 5 кг

9. Вращающий механизм

Ход работы:

1. Залить в водяной калориметр воду и прикрепить его на вращающий механизм (как показано на рисунке).

2. Намотать веревку на калориметр, сделав 2-4 оборота, так чтобы она проскальзывала при вращении калориметра.

3. Подвесить груз к веревке, чтобы он не касался поля.

4. Вставить в калориметр термопару, зафиксировав её зажимом.

5. Запустить на ноутбуке CASSY Lab 2. Загрузить настройки для работы. (File-Open; D:\эксперименты\241.1).

6. В настройках CASSY обнулить значения числа оборотов (Sensor-CASSY2  InputA₁  Time; >0<, задать теплоемкость калориметра (40+4.2 Дж/K) (Calculator  Formula  Heat capacity)

7. Запустить эксперимент в CASSY (F9).

8. Крутите ручку вращательного механизма. Необходимо следить, чтобы веревка не наматывалась на калориметр. При вращении рукоятки рука должна проходить через луч датчика оборотов.

9. Остановить эксперимент при достижении температуры 30⁰С (F9).

10. 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).

11. 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=UIt,

(1)

где t  время эксперимента.

Тепловая энергия определяется выражением:

Qтеп=Q(воды)+Q(калорим)=(свmв+ скmк)T,

(2)

где с_в – удельная теплоемкость воды, m_в  масса воды; с_к – удельная теплоемкость материала калориметра, m_к  масса калориметра; Т  разность конечной и начальной температур. Электрическая и тепловая энергии рассчитываются по формулам и сравниваются между собой.

Рис.1. Схема установки.

12. Консоль

13. Медный калориметр

14. Алюминиевый калориметр

15. Большой алюминиевый калориметр

16. Термопара

17. Трансформатор низкого напряжения

Ход работы:

1. Залить в медный калориметр воду и подключить к сенсору CASSY 2, как показано на рисунке.

2. Вставить в калориметр термопару.

3. Включить трансформатор низкого напряжения.

4. Запустить на ноутбуке CASSY Lab 2. Загрузить настройки для работы. (File-Open; D:\эксперименты\241.2).

5. В настройках CASSY вывести показания напряжения (Sensor-CASSY2  InputA₁  Voltage U A₁. Вращая ручку трансформатора, выставить напряжение 9В.

6. В настройках вывести показания тока.

7. В настройках задать теплоемкость медного калориметра и воды, умноженные на массу (264+4.2 Дж/K) (Calculator  Formula  Heat capacity)

8. Запустить эксперимент в CASSY (F9).

9. Остановить эксперимент при достижении температуры 30⁰С (F9).

10. Повторить эксперимент для алюминиевого калориметра (С=188+4.2 Дж/К); и большого алюминиевого калориметра (С=384+4.2 Дж/К).

11. Посмотреть соотношение между механической энергией и тепловой для всех калориметров на диаграмме во вкладке Evaluation.