Порядок выполнения работы

1. Взвесить внутренний калориметр и определить его массу m_к (масса мешалки m_м написана на ней самой).

2. Наполнить внутренний калориметр примерно на 2/3 водой, температура которой примерно на 10°С выше комнатной. Взвесить сосуд еще раз, определив, тем самым, массу воды m₂.

3. Собрать калориметрическую установку, вставив внутренний калориметр во внешний и поместив термометр в воду для измерения температуры во время опыта. Перемешать воду в калориметре.

4. Подготовить кусок льда, масса которого m₁ примерно равна 1/3 массы воды, и t = 0⁰C.

5. Включить секундомер, зафиксировав температуру в начальный момент времени. Тщательно перемешивая воду, записывать в таблицу показания термометра через 1 – 2 минуты до тех пор, пока температура воды в калориметре за счет теплообмена с внешней средой понизится примерно на 0,8 – 1,5°С (4 – 10 значений). Это начальная стадия опыта.

6. зафиксировав температуру t₀, опустить в калориметр, заранее приготовленный и высушенный фильтровальной бумагой, кусок льда.

7. Продолжая перемешивать воду в калориметре, измерять температуру в нем как можно чаще (через 15 -20 секунд) до тех пор, пока не кончится процесс плавления льда, что соответствует минимальной температуре t₁ в калориметре. Это главная стадия опыта.

8. В заключительной стадии опыта необходимо, продолжая перемешивать воду, отмечать через 1 -2 минуты повышение температуры воды в калориметре в результате теплообмена с внешней средой до тех пор, пока она не повысится на 1 – 2°С выше температуры t₁.

9. Взвесить внутренний калориметр в третий раз, чтобы определить массу льда m₁.

10. Построить на миллиметровой бумаге график зависимости температуры системы от времени по полученным экспериментальным данным. Проведя вертикальный отрезок СD (см. рис 12.2) так, чтобы площади DOC и DOE были равны, определить по графику исправленные значения температур t₀' и t₁' . Рассчитать значение величины λ по формуле (12.7) и величину изменения энтропии льда при плавлении (S₂ – S₁) по формуле (12.6).

11. Вычислить погрешности полученных значений ∆λ и ∆(S₂ – S₁).

Формулы для расчета погрешности результата эксперимента

Погрешность величины λ можно вычислить по следующей формуле

.

(12.10)

Эта формула получена на основании общей формулы вычисления погрешности функции многих переменных [4]. При этом были отброшены слагаемые, которые в условиях данного опыта на порядок меньше остальных. Кроме того погрешности измерения температур считаются равными ∆t₁ = ∆t₀ = ∆t и определяются точностью термометра. Погрешности измерения масс также принимаются равными ∆m₁ = ∆m₂ = ∆m₃ = ∆m₀ . Но так как все используемые в уравнении массы m₁ , m₂ , m₃ определяются из двух взвешиваний, то, где ∆m – погрешность при непосредственном взвешивании, определяемая точностью весов и разновесов. Погрешностью величин c₁и с₂ пренебрегаем.

Погрешность изменения энтропии определяется по формуле

,

(12.11)

где λ и ∆λ – найденные значения удельной теплоты плавления льда и её погрешность.

Содержание отчета

1. Величины всех измеренных масс (калориметра, мешалки, калориметра с водой и калориметра с водой и льдом). Вычисленные массы m₁ , m₂ , m₃ . Температуры t₀ и t₁ , и определенные по графику температуры t₀' и t₁' .

2. Таблица экспериментальных данных и график изменения температуры воды в калориметре от времени проведения опыта.

3. Расчет λ и (S₁ – S₂) и их погрешностей.

Контрольные вопросы

1. Что такое агрегатное и фазовое состояние вещества? Чем характеризуется каждое из них?

2. Что такое фазовые переходы? Какие фазовые переходы существуют и чем они отличаются?

3. Что такое удельная теплота фазового перехода?

4. Каким образом учитывается в данной работе теплообмен калориметра с окружающей средой?

15