- •Кафедра Общей и технической физики
- •Работа №1 Газовые законы. Тарировка газового термометра
- •Экспериментальная установка
- •Задание
- •Работа №2 Цикл тепловой машины
- •Экспериментальная установка
- •Назначение и характеристика основных элементов установки:
- •Задание
- •Работа № 6 Определение теплоемкости твердого тела
- •Экспериментальная установка
- •Задание
- •Работа № 8 Определение показателя адиабаты при адиабатическом расширении газа
- •Вывод рабочей формулы.
- •Порядок выполнения работы.
- •Работа № 10 Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела
- •Экспериментальная установка
- •Задание
- •Работа № 11 Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости
- •Экспериментальная установка
- •Задание
- •Работа № 12 Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
- •Работа № 13 Исследование диффузии газов
- •Экспериментальная установка
- •Назначение и характеристика основных элементов установки:
- •Задание
- •Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
- •Экспериментальная установка.
- •Задание
- •Работа № 18 Определение теплопроводности твердого тела (пластина)
- •Экспериментальная установка
- •Назначение и характеристика основных элементов установки:
- •Задание
- •Физика на компьютере
Работа № 6 Определение теплоемкости твердого тела
Цель работы:
1) измерение зависимости повышения температуры исследуемого образца в муфельной печи от времени;
2) вычисление по результатам измерений теплоемкости исследуемого образца.
Определение теплоемкости тел обычно производится путем регистрации количества тепла Q, полученного телом, и соответствующего изменения температуры этого телаdT. Теплоемкость определяется как:
[1]
Надежность измерения определяется в основном качеством калориметра. Необходимо, чтобы количество тепла, затрачиваемое на нагревание исследуемого тела, было существенно больше тепла, расходуемого на нагревание калориметра, и на потери, связанные с утечкой тепла из установки. При измерении теплоемкости твердых тел стараются или обеспечить как можно более полную теплоизоляцию тела от окружающей среды, или наоборот, не принимая специальных мер к теплоизоляции, учитывают при расчете потери тепла в окружающее пространство.
Данная работа проводится на стандартном лабораторном оборудовании и предполагает при расчетах учет потерь тепла. Рассмотрим тепловой баланс установки при нагреве. В любой момент времени количество тепла, поступившее от электронагревателя идет на нагрев установки и на излучение в окружающую среду:
[2]
Величина Qпотерьпропорциональна разнице температур между печью и окружающим воздухом, и может быть принята равной нулю в начальный момент времени. Прямое определение величин в уравнении [2] в начальный момент времени невозможно, но подлежит косвенному вычислению. Для этого преобразуем [2], учитывая, что мощность нагревателяPравнаQнагр/t(t- интервал времени):
[3]
В уравнении [3] слагаемое приt= 0 равно нулю, а значениеможет быть найдено из графика зависимостиT = f(t).
Экспериментальная установка
В работе используются: муфельная печь 1, содержащая электронагреватель 2, вентилятор обдува 3; термопара 4; цифровой термометр 5; регулируемый источник питания 6; выключатель нагрева 7; таймер 8.
Схема установки изображена на рисунке 1. Вентилятор обдува 3 предназначен для равномерного распределения тепла внутри печи. Электронагреватель 2 подключен к регулируемому источнику питания постоянного тока 6, контроль напряжения и тока осуществляется вольтметром и амперметром, входящими в источник питания. Для измерения температуры воздуха служит термопара 4, подключенная к цифровому термометру 5.
Задание
1. Запустите лабораторную работу. Отметьте в лабораторном журнале характеристики (масса и материал) полученного образца.
2. Включите источник питания, установите напряжение, указанное преподавателем (или выбранное самостоятельно). Нагрев печи включается кнопкой "ВКЛ", расположенной на пульте НАГРЕВ только при закрытой дверце печи. Для закрывания/открывания дверцы надо нажать на нее левой кнопкой мыши.
3. Включите вентилятор обдува.
4. Не помещая исследуемый образец в печь, закройте дверцу, включите нагрев и одновременно запустите секундомер. Через интервалы времени 2040 сек. запишите значения температуры. Всего надо сделать 68 измерений. Также запишите значения напряженияи силы токаI. Выключите нагрев, откройте дверцу печи (для ускорения остывания).
5. Для каждого интервала времени tнайдите соответствующее изменение температурыTи посчитайте значения. Нанесите полученные точки на координатную плоскость (,), располагая значенияпосередине временного интервала измерения (те есть, если измерения проводились через 30 сек, то значение, посчитанное на интервале 030 сек. соответствует времени 15 сек). Проведите через точки прямую, продолжая ее до пересечения с осью абсцисс, определите по графику значениеприt = 0, пересчитайте значение к. По формуле
[4]
рассчитать собственную теплоемкость печи CП.
6. После остывания печи поместите в нее исследуемый образец (для внесения/убирания образца надо нажать на него левой кнопкой мыши при открытой дверце).
7. Повторите измерения и вычисления по п.п. 4 и 5, изменив, если требуется, напряжение питания.
Результаты измерений занести в таблицу №1:
Таблица 1
Физ. величина |
t |
T1 |
|
T2 |
|
СП |
С |
со |
Ед. измерений
Номер опыта |
с |
К |
|
К |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
Для получения приемлемой погрешности при проведении измерений необходимо, чтобы температура повышалась не менее, чем на 34С за интервал измерения. По формуле [4] будет определена суммарная теплоемкость печи и образцаС. Найдите теплоемкость образцаСо:
[5]
Рассчитайте удельную теплоемкость: .
Сравните со справочными значениями.