Laboratornye / Теплота_PDF / Lab_Mol_11
.pdf
Лабораторна робота № 11
ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОЇ ТЕПЛОЄМНОСТІ РІДИН ЕЛЕКТРИЧНИМ КАЛОРИМЕТРОМ
Мета роботи. Визначити експериментально питому теплоємність води електричним калориметром.
11.1. Теорія методу та опис приладів
Для уникнення похибок при визначенні теплоємності тіл методом змішування (втрати тепла при перенесенні тіла від нагрівника до калориметра, нагрівання калориметра нагрівником через випромінювання тощо) використовують метод електричного калориметра. Цей метод полягає у тому, що досліджувана рідина нагрівається електричною спіраллю, по якій проходить струм протягом часу τ. Кількість теплоти, отриману досліджуваною рідиною та калориметром, визначають за законом Джоуля – Ленца
Q IU , |
|
(11.1) |
де І – сила струму, U – напруга на кінцях спіралі. |
|
|
Рівняння теплового балансу матиме вигляд: |
|
|
IU (cm )(t2 |
t1 ) |
(11.2) |
|
|
де m і c – маса та питома теплоємність рідини в калориметрі, відповідно; ω – водяний еквівалент калориметра з мішалкою та термометром; t1, t2 – початкова і кінцева температури рідини.
З рівняння (11.2) знаходять питому теплоємність рідини
C |
IU (t2 t1 ) |
|
||
m(t2 |
t1 ) |
(11.3) |
||
|
||||
|
|
|
||
З метою зведення до мінімуму похибки, що виникає за рахунок втрат тепла калориметром на випромінювання, бажано досліджувану рідину брати з температурою на декілька градусів нижчою за кімнатну (~5°).
Досліджувана рідина наливається в калориметр так, щоб спіраль була повністю зануреною в неї. В отвори у кришці калориметра встановлюють мішалку та термометр. Мішалка не повинна при своїх переміщеннях торкатися спіралі.
Установку складають за схемою, зображеною на рис. 1.
До розташованих на
калориметра, паралельно приєднують вольтметр, а послідовно вмикають амперметр і реостат. За допомогою реостата підтримують постійним струм у колі.
Під час проведення досліду частина тепла поглинається калориметром з мішалкою і термометром, деяка кількість тепла розсіюється в навколишнє середовище. Ці втрати тепла враховуються водяним еквівалентом калориметра. Водяний еквівалент дорівнює кількості теплоти, яку необхідно надати калориметричній системі, щоб нагріти її на один градус.
Водяний еквівалент ω можна визначити дослідним шляхом. Заливають у внутрішню посудину калориметра холодну воду масою m1 і вимірюють її температуру t1. Наливають в алюмінієвий стакан воду масою m2 і нагрівають її на електроплитці до температури t2. Заливають гарячу воду в калориметр з холодною водою, накривають калориметр кришкою, перемішують суміш мішалкою і визначають кінцеву температуру Θ. Для спрощення експерименту рекомендується замість зважування води визначати її об’єм, наливаючи її у мірну склянку з поділками. При цьому вважати, що 100 мл холодної води мають масу 100 г.
Рівняння теплового балансу запишеться: |
|
|
||
(cm1 |
)( t1 ) cm2 (t2 |
) |
(11.4) |
|
|
|
|
|
|
Питому теплоємність води вважати рівною 4,19·103 Дж/(кг·К). |
|
|||
З рівняння (11.4) визначимо водяний еквівалент: |
|
|||
|
cm2 (t2 ) |
cm1 |
|
|
t1 |
|
(11.5) |
||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Література
1.Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики: навч.
посібник. – Т.2. – К., 2006. – С. 123 – 126.
2.Елементарний підручник фізики. За ред. Г.С. Ландсберга. Т.1. – К. –
1968. – С. 377 – 382.
3.Елементарний підручник фізики. За ред. Г.С. Ландсберга. Т.2. – К. –
1968. – С. 127 – 129.
4.Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики. Т. 2. – 2001. – С. 337 – 338.
5.Г.Ф. Бушок, В.В. Левандовський, Г.Ф. Півень. Курс фізики. Т.1. – К. –
1997. – С. 277 – 278.
6.Фізичний практикум під ред. В. П. Дущенка. – К., 1981. — , С. 193 —
195.
7.Гапчин Б.М., Дутчак Я.Й., Френчко В.С. Молекулярна фізика. Лабораторний практикум. Навч. посібник. – Львів. – 1990. – С. 167.
11.2. Контрольні запитання для визначення ступеня готовності студента
до виконання роботи
1.Пояснити особливості будови електричного калориметра.
2.Що називають питомою теплоємністю?
3.Сформулювати і записати закон Джоуля-Ленца.
2
11.3. Практичне виконання роботи Прилади, обладнання
1.Калориметр з електричним нагрівником, мішалкою та термометром. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.Технічні терези з важками. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.Амперметр. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.Вольтметр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.Реостат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.Вимикач. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.Джерело струму . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.Склянка з поділками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Порядок виконання роботи
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1.Визначити водяний еквівалент установки змішуванням гарячої та холодної води користуючись формулою (11.5).
2.Налити в калориметр досліджувану воду масою m.
3.Скласти електричне коло, не вмикаючи джерело струму до перевірки схеми керівником занять.
4.Замкнути на короткий час коло і пересуванням повзунка реостата встановити величину струму не більше 2 А.
5.Розімкнути коло і виміряти початкову температуру води в калориметрі.
6.Замкнути коло і відмітити час початку експерименту за годинником. Стежити, щоб струм у колі залишався постійним.
7.Записати покази вольтметра та амперметра. Припинити пропускання струму, коли температура води перевищить початкову приблизно на 5 – 10°. Перемішати воду в калориметрі і записати її кінцеву температуру.
8.Результати вимірювань занести в таблицю, обчислити похибки та зробити висновки.
№ |
I, |
U, |
τ, |
m, |
ω, |
|
t1, оС |
t2, оС |
Θ, оС |
с, |
|
|
с, |
|
|
C |
п/п |
А |
В |
с |
кг |
о |
о |
С) |
о |
С) |
C |
||||||
Дж/ С |
|
|
|
Дж/(кг |
|
Дж/(кг |
|
|||||||||
11.4. Тестові завдання та контрольні запитання для визначення ступеня готовності студента до виконання роботи та її захисту
1.Дати означення питомої теплоємності, вказати, від чого вона залежить.
2.Записати зв’язок питомої теплоємності з молярною.
3.Записати рівняння Майєра і пояснити, чому ізобарна теплоємність більша ізохорної.
4.Що таке водяний еквівалент і як його визначають?
5.Чому рекомендується початкову температуру води під час проведення досліду брати на стільки градусів нижчою за кімнатну, на скільки кінцева температура перевищуватиме кімнатну?
6.Записати і сформулювати закон Джоуля-Ленца.
3