Описание установки

Установка (рис. 1) состоит из корпуса1, в котором закреплена цилиндрическая печка 2. В печку помещается нагреваемый образец 3, закрепляемый с помощью винтика, на фарфоровом стержне 4, через который пропущены концы термопары 5, (поскольку масса и размеры винтика значительно меньше массы и размеров образцов, то его влиянием на результаты эксперимента можно пренебречь). Концы термопары непосредственно подключаются к милливольтметру 6. Вилка, закрепленная на проводах, идущих от печки, включается непосредственно в сеть 7 с напряжением 220 В.

Корпус печки закреплён на направляющих рельсах 8. На этих рельсах установлен подвижный рейтер 9, на котором закреплен фарфоровый стержень с образцом. Рейтер фиксируется на рельсах винтом 10.

Порядок выполнения работы

Предварительные замечания. Так как на начальном этапе измерений температура образца спадает довольно быстро, то до включения установки следует заранее определить цену деления милливольтметра, заготовить таблицу 1, имеющую графы для занесения не менее 30 показаний; опробовать работу секундомера.

Снятие показаний целесообразно, по тем же причинам, делать вдвоем. Например, один студент диктует отсчет показаний термо-эдс в делениях шкалы милливольтметра, а второй делает отсчет времени и записывает оба показания в таблицу.

Внимание. Запрещается брать нагретый образец в руки и помещать любые предметы в отверстие печи.

1. Измерения. Для проведения измерений необходимо фарфоровый стержень с образцом 3 ввести в канал печки 2. С этой целью следует раскрепить винт 10, фиксирующий рейтер на рельсах и, перемещая его вдоль рельс, направить стержень с образцом в канал печки. После перемещения рейтера по рельсам 8 до упора 11 завернуть винт, фиксирующий рейтер 10. Контактные провода, идущие от термопары 5 необходимо подключить к милливольтметру 6. После этого включить в сеть кабель питания печки 7. Спустя некоторое время можно будет отметить рост показаний милливольтметра. Примерно через 15 - 20 минут они достигнут 9 - 10 мВ (порядка 200°С). В этот момент следует:

- отключить кабель питания печки;

- раскрепить винт 10 и вывести образец из зоны нагрева.

Внимание: указанная процедура должна быть проделана быстро.

В ходе эксперимента фиксируются показания секундомера и соответствующие им значения напряжения, снимаемого с термопары; результаты заносятся в таблицу 1. Каждое очередное измерение проводится после уменьшения показаний милливольтметра на 0,2 мВ (t₁ - при 9,0 мВ, t₂ - при 8,8 мВ, t₃ - при 8,6 мВ и т.д.). В интервале значений от 4 до 2 мВ показания можно снимать реже.

Таблица 1

№	t, с	U, дел.	U, мВ	Uс поправкой , мВ	T, °C	Примечания
1
2
...
30

2. Обработка данных. По данным измерений строятся графики зависимости температуры образцов от времени.

Необходимые для этого градуировочные данные для термопары хромель-алюмель приведены в приложении № 1.

Для определения температуры образца по имеющийся в методическом указании таблице градуировки термопары (приложение № 1) необходимо учесть, что свободные концы термопары находятся не при t = 0°С, а при комнатной температуре.

Поэтому значения U (с поправкой) вычисляются следующим образом. Допустим, милливольтметр показал U(мВ) = 8,6 мВ, а температура в лаборатории в это время была +20°С. В таблице (приложение № 1) такому значению температуры соответствует U_комн = 0,77 мВ. Это означает, что U (с поправкой) = U(мВ) + U_комн = 9,37 мВ. Наибольшее значение напряжения на термопаре, не превосходящее 9,37 мВ, на основании приложения составляет 9,34 мВ (230°С). Тогда, применяя линейную интерполяцию при расчете температуры, с учетом коэффициентов, указанных в правой колонке приложения № 1, можно определить температуру образца t_{образца} = + 230,7°С (так как 9,34 + 0,0403  0,7°С = 9,37 мВ).

График зависимости температуры от времени для эталонного образца строится по данным приложения № 2.

Далее студент по указанию преподавателя выделяет несколько температур, в окрестности которых проводится определение теплоемкостей по формуле (8). (Теплоемкость меди для температур +100°С, +200°С, +300°С приведена в приложении № 2). Для этого проводятся изотермы, и в месте их пересечения с кривыми графиков зависимостей температуры образцов от времени, нанесенными предварительно на один график, графическим методом определяется производная, после чего можно вычислить искомую теплоемкость с_Х.

При расчётах теплоёмкости исследуемого образца необходимо предварительно построить график зависимости теплоёмкости (меди) от температуры. По этому графику определяют значения с_Э при температурах, заданных преподавателем, которые в дальнейшем подставляют в расчётную формулу.

Для расчета следует использовать: _э  8,610³ кг/м³ и _Х  2,610³ кг/м³.