Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лаб мол 11 Теплоемкость металла

.doc
Скачиваний:
18
Добавлен:
09.05.2015
Размер:
53.25 Кб
Скачать

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОЁМКОСТИ МЕТАЛЛА

Цель работы: определение удельной теплоемкости алюминия и железа калориметрическим методом.

Оборудование: 15 алюминиевых цилиндров, железный цилиндр, бутылка в водой, стеклянный жидкостный термометр, пластиковый стакан (используется как калориметр), корпус шприца 20 мл на подставке, шприц 10 мл без иглы, динамометр, пластиковое ведёрко для взвешивания, контейнер для оборудования, расходный материал – салфетка (туалетная бумага).

Калориметрический метод основан на применении калориметрических установок, им пользуются главным образом для определения теплового баланса.

Определение количества теплоты выделившейся или поглотившейся в том или ином процессе проводят в специальном приборе – калориметре (от лат. calor – тепло и metor – измерять) (не путать с колориметром – прибором для измерения цвета). Калориметрические измерения, как правило, состоят в наблюдении за изменением температуры калориметрической системы за время опыта.

Существуют различные типы калориметров. В данной лабораторной работе применяется модель адиабатического калориметра, в котором теплообмен с окружающей средой минимален (в идеале – отсутствует).

В учебных лабораторных работах измерения удельной теплоёмкости твердых тел обычно проводят следующим образом. В калориметр наливается вода (известной массы и температуры) и опускается нагретое тело (известной массы и температуры). В результате теплообмена тела с водой в калориметре устанавливается какая-то промежуточная температура, которая измеряется термометром. При составлении уравнения теплового баланса учитывается и количество теплоты, которое идёт на нагрев самой калориметрической установки.

В данной лабораторной работе измерения проводятся не в калориметре, а в маленьком пластиковом стакане, массой (1,6 г) и теплоёмкостью которого можно пренебречь по сравнению с содержащимися в нём массами воды и металла.

Известно, что теплообмен между калориметром и окружающей средой идёт тем интенсивнее, чем больше между ними разность температур Т. Поэтому, если тело нагрето всего на 5–10 градусов, то тепловыми потерями в окружающую среду можно пренебречь, если измерения продолжаются несколько минут.

В данной лабораторной работе специальных нагревателей не предусмотрено, а используется всегда доступный источник тепла – это тепло ладоней рук, температура которых на 5–15 С выше комнатной.

При определении удельных теплоёмкостей железа и алюминия считается известной удельная теплоемкость воды сВ = 4190 Дж/(кгК). Вода обладает в несколько раз большей удельной теплоёмкостью, чем металлы, и поэтому, если для измерений в калориметр налить много воды, то она нагреется всего 1–2 С, что сравнимо с погрешностью термометра. Поэтому в данной лабораторной работе для увеличения точности измерений воды берётся минимально необходимое количество.

Выполнение работы

1. Подвесить к динамометру ведёрко для взвешивания и определить массу тары. Поместить в ведёрко 15 алюминиевых цилиндров и по динамометру определить их массу m (вычтя из общей массы массу тары).

2. Налить в шприц на подставке воду до краёв, при этом в шприц помещается ровно 28 мл воды (mВ = 28 г). Чтобы точно налить воду до краёв (не больше и не меньше), используйте в качестве дозатора шприц 10 мл.

3. Термометром определить комнатную температуру воды tK.

Примечание 1. Поскольку при измерениях разница температур будет составлять всего несколько градусов, то для увеличения точности расчетов следует отсчитывать все температуры с точностью до 0,5 С (например, tК = 21,5 С).

4. Зажать в кулаках алюминиевые цилиндры и 5–8 минут греть их в руках до тех пор, пока цилиндры не будут на ощупь казаться тёплыми, а не холодными. Одновременно в руках греется термометр (его можно прижать к указательному пальцу большим пальцем руки). В конце нагрева записать показание термометра – температуру рук tР.

Примечание 2. Не следует прижимать стеклянный термометр к металлу – стекло может разбиться.

5. Установить тёплые алюминиевые цилиндры вертикально в пластиковый стаканчик и залить их 28 мл воды комнатной температуры. Поместить в промежуток между цилиндрами термометр и наблюдать за изменениями температуры.

Примечание 3. Если алюминиевые цилиндры будут высыпаны в стакан «навалом», то не все они будут находиться в воде и трудно будет в стакан установить термометр.

6. Через 30–60 секунд в стакане установится тепловое равновесие – температура перестанет изменяться. Записать эту температуру t. (Через 3–5 минут содержимое стакана начнёт остывать, и температура будет понижаться.)

7. Из уравнения теплового баланса (вода – нагревается, металл – остывает, тепловыми потерями и нагревом стакана пренебречь)

сВmB (ttK) = сm (tРt)

определить удельную теплоемкость металла:

.

8. Проделать аналогичные измерения (пп. 1–7) для железного цилиндра.

9. После проведения всех измерений вылить воду из стакана и шприцов в бутылку. Вытереть насухо салфеткой (туалетной бумагой) оборудование (особенно железный цилиндр). Сложить сухое оборудование в контейнер (контейнер крышкой не закрывать, давая возможность высохнуть мелким каплям воды, если они где-то остались).

10. Рассчитать погрешности измерений, заполнить экспериментальными и расчетными величинами таблицу:

Материал

m,

кг

tK,

C

tP,

C

t,

C

с, Дж/(кгК)

с, Дж/(кгК)

сТАБЛ, Дж/(кгК)

Алюминий

920

Железо

450

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое удельная теплоемкость?

2. Что такое молярная теплоемкость?

3. Какой формулой связаны удельная и молярная теплоемкости?

4. Как формулируется закон Дюлонга и Пти? Рассчитайте теоретически удельную теплоемкость алюминия и железа.

5. Какие бывают калориметры?

6. В данной лабораторной работе влияет ли существенно на результаты измерений тот факт, что в стакане некоторые алюминиевые цилиндры выступают из воды на воздух на 1–2 мм? Ответ обоснуйте.

7. Как влияет большая теплоемкость воды на климат Земли?

3

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.