Экспериментальная установка
Схема лабораторной установки приведена на рис.2. Установка состоит из электрического нагревателя (печи), провод которого обвивает цилиндрической формы алундовый тигель, заполненный оловом, а точнее – сплавом олова со свинцом (т.н. припой).
В качестве термометра, находящегося в непосредственном контакте с исследуемым веществом, используется термопара вместе с цифровым мультиметром. Термопара изготавливается из двух разнородных проводников. При их сварке получается «королек горячего» спая, который приводят в контакт с испытуемым телом. Возникающая термоЭДС пропорциональна разности температур Т «горячего» и Та «холодного» спаев термопары. Ее измеряют при помощи милливольтметра (рис.3.). В данной установке роль «холодного» выполняют контакты проводов термопары с клеммами измерительного прибора (цифрового мультиметра), который имеет комнатную температуру, и микропроцессора, который пересчитывает величину термоЭДС в температуру «горячего спая» термопары, погруженного в олово с учетом комнатной температуры, на дисплее высвечивается температура олова в градусах Цельсия.
Проведение эксперимента
1. Включить питание на цифровой мультиметр и измерить с его
помощью начальную (комнатную) температуру tк и пересчитать ее в
термодинамическую температуру (Tа = 273 + t 0C)
2. Включить печь и одновременно запустить секундомер. Через равные
промежутки времени (20 секунд) снимать показания прибора. После
того, как олово расплавится , затем температура расплава достигнет
примерно 2200С, выключить печь, продолжать фиксировать в том же
порядке температуру образца вплоть до кристаллизации и далее, до
охлаждения образца.
3. Полученные данные занести в таблицу.
Таблица 1
|
t, с |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
… |
… |
… |
|
t,0C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T,K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обработка результатов
1. Полученные данные нанести на график, при этом по горизонтальной
оси отложить время - t, с, а по вертикальной – температуру - T,K.
2. По графику определить температуру плавления Tпл, время плавления
Dt
= tс
- tb
и скорость нагрева
вблизи точки плавления. Для
этого выделить прямолинейный участок диаграммы вблизи точки
плавления; определить по диаграмме соответствующие этому участку
приращения температуры DТ и времени D t . Вычислить скорость
нагревания
образца
»
3. Вычислить тепловую мощность, подводимую к тиглю с образцом, по
формуле (2).
4. Вычислить удельную теплоту плавления олова l по формуле (3).
5. Определить изменение энтропии DS при нагревании и плавлении
олова: по формуле (4).
6. Результаты вычислений занести в таблицу 2.
Таблица 2
|
Та, К |
Тпл, К |
D t., с |
|
N, Bт |
l,
|
DS,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
7. Сравнить полученные в эксперимента температуру плавления Tпл и
удельную теплоту плавления l олова со справочными значениями.
8. Проанализировать возможные источники погрешностей данного
метода и сформулировать выводы.
Масса олова…………………………. m = 5× 10-3 кг
Удельная теплоемкость олова ………с = 250 Дж/(кг×град)
Масса тигеля…………………………..m = 15× 10-3 кг
Удельная теплоемкость тигеля………с1 = 800 Дж/(кг×град)