МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра физики

Лаборатория механики и молекулярной физики №1(213а)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ ЖИДКОСТИ ПРИ ПОМОЩИ ЭЛЕКТРОКАЛОРИМЕТРА

Отредактировал: Воронцова Е.Н.

Ижевск 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ЖИДКОСТИ ПРИ ПОМОЩИ ЭЛЕКТРОКАЛОРИМЕТРА

Цель работы: ознакомление с калориметрическим методом определения удельной теплоемкости жидкости.

Приборы и принадлежности: 1) два электрокалориметра с термометрами; 2) исследуемая жидкость; 3) вода.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела на один градус, называется теплоёмкостью данного тела, измеряется в СИ: Дж/К. Количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на один градус, называется удельной теплоемкостью вещества и обозначается буквой с_уд, измеряется в СИ: Дж/(кг^.К). Количество теплоты, необходимое для нагревания одного моля вещества на один градус, называется молярной теплоемкостью вещества и обозначается буквой С_м, измеряется в СИ: Дж/(моль^.К). Удельная и молярная теплоёмкости связаны между собой соотношением С_м = М^.с_уд, где М – молекулярная масса данного вещества.

В данной работе определяется удельная теплоёмкость жидкости при помощи электрокалориметра. Метод электрокалориметра состоит в следующем: два калориметра, сделанных из одинакового материала, содержат различные жидкости. В первом калориметре находится вода, удельная теплоёмкость которой известна, а во втором – жидкость, удельную теплоёмкость которой требуется определить (см. рис. 1).

В оба калориметра опущены спирали, имеющие одинаковое электрическое сопротивление R. Если соединить спирали последовательно и пропустить через них электрический ток, то сила тока I, проходящего через обе спирали, будет одинакова. При этом спирали, нагреваясь, через некоторое время t передадут жидкостям равные количества теплоты . Количество теплоты, полученное калориметром с водой:

Q₁ = (c₁m₁ + c_вM₁)^.(t₂ – t₁) (1)

Количество теплоты, полученное калориметром с исследуемой жидкостью:

Q₂ = (c₂m₂ + c_жM₂)^.(t₄ – t₃) (2)

В формулах (1) и (2) введены следующие обозначения: М₁ и М₂ – массы воды и исследуемой жидкости в калориметрах; m₁ и m₂ – массы калориметров (вместе с мешалками); с₁ и с₂ – их теплоемкости; с_ж – теплоёмкость исследуемой жидкости, с_в – теплоёмкость воды, t₁ и t₂ – температура воды в начале и в конце опыта; t₃ и t₄ – температуры исследуемой жидкости в начале и в конце опыта.

Приравнивая Q₁ и Q₂, получим формулу для расчета удельной теплоёмкости исследуемой жидкости:

Для избежания ошибок, связанных с возможным незначительным изменением сопротивлений нагревателей, измерение удельной теплоёмкости жидкости проводят несколько раз.

Для уменьшения потерь на отдачу теплоты в окружающую среду, нагревание жидкостей, налитых в калориметры, рекомендуется проводить не выше, чем на 6-7⁰С, а для получения точного результата не ниже, чем на 4-5⁰С.

Порядок выполнения работы

1. Проверить наличие жидкостей в обоих калориметрах. Определить начальные температуры t₁ и t₃ жидкостей в обоих калориметрах и включить ток на 1,5-2 минуты, пока жидкость не нагреется на 2-3⁰С. Во время прохождения тока, жидкости помешиваются мешалками. В конце опыта определяются конечные температуры t₂ и t₄ жидкостей. Указать погрешность температуры. Результаты занести в таблицу. Опыт повторить не менее 3-х раз.

Таблица Измерение основных величин и вычисление

удельной теплоёмкости жидкости

№ изм.	Вода		Исследуемая жидкость			Удельная теплоёмкость жидкости и её погрешности
	t1	t2	t3	t4	Δt	сж	Δсж	Есж
1
2
3

3. Определить удельную теплоёмкость жидкости по формуле:

,

где с_в = (4190 1) Дж/(кг^.К) – удельная теплоёмкость воды,

с₁ = с₂ = (888 1) Дж/(кг^.К) – удельная теплоёмкость калориметра,

М₁ = (163,2 0,1) г – масса воды,

М₂ = (156,5 0,1) г – масса исследуемой жидкости,

m₁ = m₂ = (36,81 0,01) г – массы калориметров (вместе с мешалками).

4. Рассчитать абсолютную и относительную погрешности по формулам:

Результаты занести в таблицу.

5. Округлив полученные результаты, записать ответ по форме:

Ответ: удельная теплоёмкость жидкости равна:

с_ж = (<с_ж> с_ж) ед. измерения.

Пример. Ответ: момент инерции цилиндра равен:

I = (0,370  0,001) кгм².

Контрольные вопросы

1. Дать определение теплоемкости, удельной и молярной теплоёмкостей.

2. В каких единицах измеряются теплоёмкость, удельная и молярная теплоёмкости?

3. Вывести расчётную формулу для удельной теплоёмкости жидкости.

Литература

1. И.В.Савельев. Курс общей физики. М. , 1982 , т.1, § 87.

2. Г.А. Зисман, О.М. Тодес. Курс общей физики. М., 1972, т.1, §§32, 33.

3. Р.И. Грабовский. Курс физики. М. , 1980 , §§39, 46.

3