ФИЗИКА 1 семестр / Отчёты 1 семестр / Теплоёмкость

Нижегородский государственный

технический университет

Выксунский филиал

Лабораторная работа ФПТ1-8.

Исследование теплоемкости твердых тел.

Выполнил: Сарычев Е.

ЭПА-06

Проверил: Маслов В.П.

Выкса

2006г.

Цель работы: определение теплоемкости образцов металлов методом электрического нагрева.

Теплоемкостью тела называется величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на один Кельвин. Если при сообщении телу количества теплоты δQ температура тела повышается на dT, то, согласно определению, теплоемкость будет:

. (1)

Теплоемкостью одного моля вещества называется молярной теплоемкостью:

. (2)

Здесь υ – число молей, υ=m/M, где m – масса вещества, M – молярная масса вещества. В СИ единицей молярной теплоемкости является джоуль на моль-кельвин. Так: (Дж/моль·К).

Теплоемкость единицы массы вещества называется удельной теплоемкостью:

. (3)

В СИ единицей удельной теплоемкости является джоуль на килограмм-кельвин (Дж/(кг·К)).

Молярная и удельная теплоемкости связаны соотношением:

. (4)

Величина теплоемкости вещества зависит от условий, при которых происходит нагревание.

Исследуемое тело помещается в калориметр. При достаточно медленном нагревании калориметра в фиксированный момент времени температура во всех точках калориметра и исследуемого образца одинакова. Тогда уравнение теплового баланса можно записать в виде:

, (5)

где Q – количество теплоты, переданного нагревательной спиралью; Q_К – количество теплоты, затраченное на нагревание калориметра; Q_Т – количество теплоты, затраченное на нагревание исследуемого тела; ΔQ₁ – потери теплоты в теплоизоляцию калориметра и в окружающую среду при нагревании калориметра с образцом.

Переданное нагревателем количество теплоты будет равно:

, (6)

где I – ток; U – напряжение на нагревательном элементе; τ – интервал времени, за который температура калориметра и образца изменяется на Δt.

Количество теплоты, затраченное на нагревание калориметра, может быть определено при нагревании пустого калориметра (без образца). В этом случае уравнение теплового баланса имеет вид:

, (7)

где ΔQ₂ – потери тепла в теплоизоляцию и окружающую среду при нагревании пустого калориметра; τ₀ – интервал времени, за который температура калориметра (без образца) изменяется на Δt.

При условии постоянства мощности источника питания нагревательного элемента, из уравнений (5) и (7), получаем:

. (8)

Полагая, что теплоемкость образца в рабочем интервале температур Δt (Δt<20⁰C) постоянна, согласно формуле (1), получаем линейную зависимость времени нагревания от изменения температуры исследуемого образца:

. (9)

Зависимость (9) может быть проверена экспериментально. Построив график (τ-τ₀)=f(Δt) по тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс α можно рассчитать теплоемкость образца

. (10)

Выполнение работы:

Включаем установку и устанавливаем

J=0.8A U=0.2B t=20⁰

Проведем измерения и занесем результаты в таблицу 1 и 2:

Таблица 1:

t0C	01, c	02, c	03, c	04, c	05, c	1, c	2, c	3, c	4, c	5, c
20	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
21	8	9	9	8	6	8	10	10	9	8
22	21	23	22	20	21	31	28	30	26	29
23	32	35	34	32	36	44	41	43	43	42
24	45	40	45	47	40	52	56	51	54	55
25	53	54	56	55	50	74	71	73	70	71

Таблица 2:

t0C	<0>	<-0>
20	0	0
21	8	12 1.1
22	22.4	7.2
23	31.1	7.9
24	45	13
25	60.2	15.8

=46⁰;

tg=0.89;

25Дж.(моль*К)-1моль

X Дж.(моль*К) -1кг

1/27*10^-3=37,04моль;

X=37,04*25/1=9.3*10² Дж.(моль*К);

С_уд=9.3*10² Дж.(моль*К)

С_т=JUtg;

С_т=0.8*0.2*0.89=1.4*10^-1(Дж/К);

C=C_т/U; U=m/M=0.124/27*10^-3=4.6моль;

C=1.4* 10^-1/4.6=3*10^-2

Расчет погрешностей:

1. S_{< >} =;

S_{< >} =2c, S_{< >} =0.1c;

==3c; где t=4.3,

==3*100%/9=0.3%

= (93)*c;

2) S_{< >} ===2c;

S_{< >} =0.1c;

==3c;

==3*100%/8=0.4%

= (83)*c;

Вывод: С помощью электрического нагрева мы научились определять теплоемкость образцов металлов.