Определение удельной теплоемкости раствора

Цель работы: Расчет удельной теплоемкости раствора из экспериментальных калориметрических измерений

Приборы и реактивы: калориметр, мешалка, термометр Бекмана или другой термометр, технические весы, фильтровальная бумага, 10 - 30%-ные растворы солей, например: CaCl₂, MgCl₂, ZnCl₂, MgSO₄ и др.

Методика эксперимента

Внутренний стакан калориметра вытирают насухо фильтровальной бумагой, взвешивают его на технических весах, затем наливают в него 200…250 мл раствора и снова взвешивают. Затем по разности весов находят массу раствора. Внутренний стакан с раствором помещают в калориметр, закрывают и включают мешалку. Вследствие того, что температура стакана, раствора, мешалки и воздуха в помещении неодинакова, то в течение 300-600 секунд после помещения стакана с раствором в калориметр происходит выравнивание температур.² Первые измерения температуры рекомендуется начинать по истечении этого времени.

Измерения температуры проводят термометром Бекмана (или другим термометром) через каждые тридцать секунд в течение 300 с. Затем включают электрический нагрев и проводят измерения силы тока в цепи, потенциала и температуры до тех пор, пока последняя не поднимется на 1,5…2 град., затем ток выключают, а измерения продолжают ещё 600 с.

После этого мешалку выключают, раствор сливают обратно в исходную склянку, промывают стакан дистиллированной водой и протирают насухо фильтровальной бумагой. Взвешивают стакан, затем наливают в него такое же количество воды, как и раствора, снова взвешивают и определяют массу воды. Затем проводят такой же опыт с водой с измерением температуры.

Исходя из экспериментальных данных, строят графические зависимости температура [К (С)] - время, с как для воды, так и раствора, по которым находят изменение температуры Т. По уравнению (3) находят суммарные теплоемкости раствора (или воды) и калориметра, С^I и С^II, соответственно.

С^I=С_{раствор}+С_{калориметр} (5)

С^II=С_вода+С_{калориметр} (6)

Поскольку удельная теплоемкость воды известна (табл.1), она позволяет рассчитать теплоемкость взятой массы воды: С_вода=С_{уд.(вода)} m_вода. Отсюда находят теплоемкость калориметра и удельную теплоемкость раствора соли.

Таблица 1

Плотность (ρ) и удельный объем (υ) воды при разных температурах (t,°C)³

t, °C	ρ, кг/м3	υ,10-2, м3/кг	t, °C	ρ, кг/м3	υ,10-2, м3/кг	t, °C	ρ, кг/м3	υ,10-2, м3/кг
6	999.94	1.00006	16	998.94	1.00106	26	996.78	1.00323
7	999.90	1.00010	17	998.77	1.00123	27	996.51	1.00350
8	999.85	1.00015	18	998.59	1.00141	28	996.23	1.00378
9	999.78	1.00022	19	998.40	1.00160	29	995.94	1.00408
10	999.70	1.00030	20	998.20	1.00180	30	995.64	1.00438
11	999.60	1.00040	21	997.99	1.00201	35	994.03	1.00601
12	999.49	1.00051	22	997.77	1.00224	40	992.21	1.00785
13	999.37	1.00063	23	997.53	1.00247	45	990.21	1.00988
14	999.24	1.00076	24	999.7	1.00271	50	988.04	1.01210
15	999.10	1.00090	25	997.04	1.00297	55	985.70	1.01451

Результаты экспериментальных измерений вносят в таблицу 2⁴

Время, с	Температура, С	Сила тока, А	Напряжение, В
Первый период для раствора соли (пример)
30	17.20
60	17.20
90	17.30
120	17.35
150	17.35
180	17.35
210	17.35
240	17.45
270	17.40
300	17.45
330	17.40
360	17.45
и т.д.
Главный период (включен ток)
30	17.45
60		1.2
90			0.85
120	17.55
150		1.20
180			0.87
и т.д.	17.70

Отчет по работе

должен содержать:

- теоретическое обоснование экспериментальной части работы,

- методику эксперимента, включающую схему установки,

- данные по составу и количеству используемого раствора,

- таблицу 2 наблюдений,

- графические зависимости, построенные на миллиметровой бумаге,

температуры от времени⁵,

- расчет удельной теплоёмкости раствора,

- расчет относительной и абсолютной погрешности измерений.

Относительная погрешность измерений не должна превышать 5%.

Работа считается зачтенной, если она отвечает всем требованиям, указанным выше. Оценка состоит из трех позиций: собственно лабораторная работа и отчет по ней – 5 баллов, коллоквиум или соответствующий тест – 10 баллов и решение задач (или контрольная работа) – 5 баллов.