- •Лабораторная работа №1. Броуновское движение
- •1. Цель работы
- •2. Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению работы
- •3. Сведения из теории
- •Описание установки
- •1) Настройка микроскопа и определение увеличения установки
- •2) Подготовка препарата с броуновскими частицами
- •3) Наблюдение броуновского движения
- •4. Задания по обработке результатов и указания к их выполнению.
- •5. К оценке погрешностей
- •6. Для получения зачета необходимо:
- •Лабораторная работа №2. Измерение коэффициента диффузии паров в воздухе
- •1. Цель работы
- •2. Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению
- •3. Сведения из теории
- •Принцип измерения коэффициента диффузии пара в воздухе
- •4. Практические задания
- •Порядок выполнения работы
- •5. Для получения зачета необходимо:
- •Методы определения коэффициента динамической вязкости жидких и газообразных веществ
- •4. Практические задания
- •4. Порядок выполнения работы
- •3. Сведения из теории
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Практические задания
- •6. Для получения зачета необходимо:
- •Лабораторная работа №6. Поверхностное натяжение
- •1. Цель работы
- •2. Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению
- •3. Сведения из теории
- •1) Метод отрыва кольца
- •2) Метод отрыва капель
- •3) Метод измерения по добавочному давлению Лапласа
- •4) Метод измерения , основанный на капиллярных явлениях.
- •4. Задания и порядок их выполнения
- •5. Для получения зачета необходимо:
- •Часть 2. Плавка метала.
- •4. Задания и порядок их выполнения.
- •5. Для получения зачета необходимо:
- •4. Экспериментальные задания
- •5. Для получения зачета необходимо:
5. Для получения зачета необходимо:
Представить отчет по стандартной форме:
Уметь отвечать на вопросы и выполнять задания типа:
1) Оценить величину коэффициента поверхностного натяжения данной жидкости, исходя из представлений молекулярно-кинетической теории.
2) Оценить величину давления Лапласа.
3) Оценить высоту поднятия жидкости в капилляре.
Лабораторная работа №8. Определение теплоты плавления
1. Цель работы
Познакомиться с фазовыми переходами на примере плавления и отвердевания; по кривой отвердевания вычислить теплоту фазового перехода.
2. Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению
1) Что называется теплотой фазового перехода?
2) Как изменяется температура остывающего тела в зависимости от времени?
3) Как по наклону
кривой
определить количество теплоты, отданное
остывающим телом за единицу времени,
за промежуток времени
.
3. Сведения из теории
|
|
В твердом теле каждая молекула находится в потенциальном поле сил соседних молекул и в состоянии равновесия ее положению соответствует минимум потенциальной энергии. Следует заметить, что потенциальная яма молекул, находящихся в объеме, имеет приблизительно симметричную форму (рис. 1а), а молекул, находящихся на границе раздела фаз (например, твердое тело-газ), асимметричную форму. При повышении температуры твердого тела, имеющего кристаллическую структуру (строго периодичное расположение атомом или молекул
в пространстве)
растет кинетическая энергия колебательного
движения молекул и вследствие теплового
расширения увеличивается расстояние
между центрами молекул. В связи с этим
меняется форма потенциальной кривой
для молекулы, окруженной соседними
молекулами (рис. 1б). Зависимость
приобретает сложную форму и положение
равновесия молекулы перестает быть
единственным. Периодичность кристаллической
решетки в некоторых местах нарушается.
В этих местах резко возрастает подвижность
молекул, то есть резко уменьшается
(практически до нуля) сопротивление
вещества деформации сдвига. Твердое
тело в этих областях переходит в жидкое
состояние. Отличие жидкого состояния
от твердого как раз и проявляется в
отсутствии сопротивления деформации
сдвига. Описанное разрушение кристаллической
решетки легче происходит на границе
раздела фаз. Температура, при которой
происходит переход из твердой фазы в
жидкую, называется температурой плавления
.
На разрушение кристаллической решетки требуется подведение энергии. Поэтому, если тело находится при температуре плавления, энергия, подводимая к телу, идет не на повышение температуры тела, а на разрушение кристаллической решетки, то есть на плавление.
Количество теплоты,
необходимое для превращения некоторой
массы твердого тела, находящегося при
температуре плавления, в жидкость
называется теплотой плавления. Теплота
плавления в расчете на единицу массы
называется удельной теплотой плавления
.
Часть 2. Плавка метала.
Поместим в электрическую цепь тигель с некоторым металлом. Будем считать, что температура печи выше температуры плавления металла, и теплоемкость печи велика по сравнению с те[Введите цитату из документа или краткое описание интересного события. Надпись можно поместить в любое место документа. Для изменения форматирования надписи, содержащей броские цитаты, используйте вкладку "Работа с надписями".]
плоемкостью тигля с металлом. Температура тигля с металлом с течением времени начет повышаться по экспоненциальному закону, стремясь к температуре печи (участок АВ на рис. 2).
|
Рис.2 |
Однако в момент
времени
,
когда будет достигнута температура
плавления металла, начинается процесс
плавления. Температура металла временно
перестает расти (участок BC на рис. 2). В
момент времени
,
когда весь металл расплавится, температура
снова начнет повышаться по экспоненциальному
закону (участок CD на рис. 2).
Рассмотрим обратный
процесс – процесс охлаждения жидкого
металла и его кристаллизации. Для этого
в момент времени
выключим нагреватель печи. Температура
тигля с металлом начнет по экспоненте
снижаться до температуры кристаллизации
(участок DE на рис. 3). В процессе
кристаллизации температура металла и
тигля будет оставаться постоянной
(участок EF на рис. 3). После окончания
кристаллизации в момент времени
она начнет снова снижаться по экспоненте
до комнатной температуры (участок FG на
рис. 3).
;
;![]()
Температуры кристаллизации и плавления одинаковы, поэтому теплоту плавления можно определять как по кривой нагревания и плавления, так и по кривой охлаждения и кристаллизации.
Для определения
количества теплоты, выделившегося при
кристаллизации металла, по кривой
охлаждения и кристаллизации необходимо
знать время кристаллизации и скорость
отвода тепла от тигля с металлом
.
Время кристаллизации определяется как
разность
.
Скорость отвода тепла от тигля с металлом
не остается постоянной, так как зависит
от разности температур тигля с металлом
и окружающей среды. Однако при малом
изменении температуры металла скорость
отвода тепла примерно постоянна. Это
дает возможность определить скорость
отвода тепла по кривой охлаждения вблизи
участка кристаллизации.
Учитывая, что
,![]()
Где
- удельная теплоемкость металла,
- масса металла,
- удельная теплоемкость тигля,
- масса тигля.
Определив скорость отвода тепла, находим теплоту кристаллизации
![]()
Теплота, отданная металлом при кристаллизации, равна теплоте плавления.
Следовательно, удельная теплота плавления равна
![]()
Скорость охлаждения
можно определить из следующих соображений.
Известно, что остывание есть процесс
релаксации температуры и происходит
по экспоненциальному закону
![]()
Где
- температура в начальный момент времени,
- время остывания,
- коэффициент пропорциональности.
Дифференцируя это выражение получим
,
откуда
![]()
![]()
Коэффициент
можно определить из наклона прямой
зависимости
,
откуда
; ![]()
![]()
Таким образом,
подставляя выражение
в формулу
.получим
![]()
Где
- температура начала кристаллизации,
- время кристаллизации.
Следует иметь
ввиду, что удельные теплоемкости твердой
и жидкой
фаз несколько отличаются друг от друга.
Поэтому при вычислении отводимой
мощности при температуре кристаллизации
нужно угловой коэффициент
для
умножать на удельную теплоемкость
твердой фазы, или угловой коэффициент
в точке
умножать на теплоемкость жидкости фазы.

Рис.1
Рис.3