Описание установки

Установка (рис. 1) состоит из корпуса1, в котором закреплена цилиндрическая печка2. В печку помещается нагреваемый образец3, закрепляемый с помощью винтика, на фарфоровом стержне4, через который пропущены концы термопары5, (поскольку масса и размеры винтика значительно меньше массы и размеров образцов, то его влиянием на результаты эксперимента можно пренебречь). Концы термопары непосредственно подключаются к милливольтметру6. Вилка, закрепленная на проводах, идущих от печки, включается непосредственно в сеть7 с напряжением 220 В.

Корпус печки закреплён на направляющих рельсах 8. На этих рельсах установлен подвижный рейтер9, на котором закреплен фарфоровый стержень с образцом. Рейтер фиксируется на рельсах винтом10.

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 образцом3ввести в канал печки2. С этой целью следует раскрепить винт10, фиксирующий рейтер на рельсах и, перемещая его вдоль рельс, направить стержень с образцом в канал печки. После перемещения рейтера по рельсам8до упора11 завернуть винт, фиксирующий рейтер10. Контактные провода, идущие от термопары5необходимо подключить к милливольтметру6. После этого включить в сеть кабель питания печки7. 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 10и 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 показалU(мВ) = 8,6 мВ, а температура в лаборатории в это время была +20°С. В таблице (приложение № 1) такому значению температуры соответствуетU_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 образцаt_{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 теплоемкостьс_Х.

При расчётахтеплоёмкости исследуемого образца необходимо предварительно построить график зависимости теплоёмкости (меди) от температуры. По этому графику определяют значенияс_Эпри 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.