Описание экспериментальной установки.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДЯНОГО ЭКВИВАЛЕНТА КАЛОРИМЕТРА.

(ознакомиться, не выполнять)

Экспериментальная установка (рис.3) представляет собой водяной калориметр, во внутрь которого помещены электрический нагреватель, мешалка и резервуар ртутного термометра. Согласно уравнению теплового баланса, совершаемая нагревателем работа электрического тока идет на нагрев самого нагревателя, внутреннего сосуда калориметра, мешалки, помещенной в калориметр части термометра и воды:

или

, (4)

где – водяной эквивалент калориметра,– мощность нагревателя,– время, в течении которого по нагревателю протекает ток,t₀ – начальная температура термометрической жидкости, t – температура термометрической жидкости спустя промежуток времени . Решая (4) относительноW, получаем:

. (5)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ КАЛОРИМЕТРА

Экспериментальная установка (рис.4) представляет собой стеклянный калориметр 1, внутри которого располагается вольфрамовая спираль 2 и копель-хромелевая термопара 3. Внутренний объем калориметра соединен с окружающей средой через клапан 4, что позволяет перед началом измерений устанавливать давление внутри калориметра равное атмосферному. Спираль выполняет функции электронагревателя, а воздух внутри калориметра – роль термометрического тела. Термопара позволяет измерять разность температур внутри калориметра и снаружи.

Рассмотрим термодинамическую систему, состоящую из спирали, термометрического тела (воздуха) и стенок калориметра (наличием внутри калориметра термопары пренебрегаем ввиду ее малой массы). Такая система не может в полной мере считаться замкнутой, т.к. всегда имеют место утечки тепловой энергии во вне. Поэтому при включенном нагревателе уравнение теплового баланса рассматриваемой системы принимает вид:

, (6)

где– количество теплоты, излучаемое нагревателем за промежуток времениdτ, (U и I – напряжение на концах спирали и сила текущего по ней тока), т.е. работа электрического тока; – количество теплоты, затраченного на нагрев воздуха внутри калориметра наdT градусов (– молярная теплоемкость воздуха при постоянном объеме,ν – количество (в молях) воздуха в калориметре); – количество теплоты, затраченное на нагрев оболочки калориметра в течение отрезка времениdτ (C – удельная теплоемкость оболочки калориметра, m – ее масса); – количество теплоты, излучаемое в окружающее пространство оболочкой калориметра за времяdτ при постоянной разности температур оболочки и окружающей среды .

Таким образом уравнение (6) принимает вид:

.

Величину коэффициента теплоотдачи α можно измерить, если обеспечить такой режим работы нагревателя, при котором количество излучаемого им в единицу времени тепла окажется равным количеству тепла, теряемого в единицу времени оболочкой калориметра. Внешне это проявится в постоянстве температуры оболочки калориметра:. Математически это обстоятельство запишется так:

.

Следовательно,

. (7)

Напряжение на концах нагревателя измеряют по шкале индикатора источника питания, а силу тока– по падению напряженияна добавочном резисторе. Формула (7) в этом случае приобретает вид:

. (8)