Laboratornye / Теплота_PDF / Lab_Mol_13

Лабораторна робота № 13

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОЇ ТЕПЛОТИ ПАРОУТВОРЕННЯ ВОДИ

Мета роботи. Визначити питому теплоту пароутворення води калориметричним методом за значенням питомої теплоти конденсації.

13.1. Теорія методу та опис приладів

Температура води, доведеної до кипіння, при подальшому нагріванні не змінюється. Теплота, яка при цьому їй надається, витрачається на перетворення рідини в пару, тобто на подолання молекулярних сил зчеплення та на роботу розширення.

Питомою теплотою пароутворення називається кількість теплоти, що необхідна для перетворення одиниці маси рідини в пару за незмінної температури. Вона залежить від природи рідини та температури.

Оскільки питомі теплоти пароутворення та конденсації при однакових температурах рівні, то в даній роботі питома теплота пароутворення води при температурі кипіння визначається через питому теплоту конденсації водяної пари, яку одержати експериментально легше і точніше. Вона буде рівною:

де m – маса конденсованої пари, Q1 – кількість теплоти, виділеної при конденсації цієї пари.

Значення L у даній роботі визначається за допомогою рівняння теплового балансу. При пропусканні пари через калориметр з водою тепло, яке віддають при конденсації пара та вода (утворена з конденсованої пари при охолодженні), відповідно Q1 і Q2, йде на нагрівання води в калориметрі та калориметра з

де m – маса пари , яка сконденсувалась, t – кінцева температура води в калориметрі, tk – температура кипіння води (конденсації пари); c, m1, t1 – питома теплоємність, маса та початкова температура води в калориметрі (такою ж є і температура калориметра), w – теплоємність калориметричної установки (w = 140 Дж/ К).

Питому теплоту пароутворення L знаходимо з рівняння (13.3):

1

в яку значення H підставляють в мм рт. ст.

Для зменшення втрат тепла калориметра на випромінювання бажано, щоб вода в калориметрі на початку досліду була холоднішою за кімнатну.

Опис установки

У роботі використовується калориметр 8, у кришці якого є отвори для термометра 7 та трубки 6 від сухопарника 4, через яку водяна пара поступає в калориметр 8. Водяна пара утворюється в наповненому водою кип’ятильнику 2, котрий нагрівається електроплиткою 1, і поступає по гумовій трубці 3 в сухопарник 4. Останній служить для того, щоб в калориметр потрапляла лише водяна пара, а конденсат, що утворився в з’єднувальній гумовій трубці, видаляється з сухопарника через бічний канал 5 відкриванням час від часу гумового корку.

Рис. 1

Література

1.Елементарний підручник фізики. За ред. Г.С. Ландсберга. Т.1. – К. –

1968. – С. 504 – 508.

2.Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики: навч.

посібник. – Т.1. – К., 2006. – С. 499 – 503.

3.Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики. Т. 2. – 2001. – С. 363 – 364.

4.С. Клос, М. Печений, Л. Савчин. Лабораторний практикум з фізики. -

Л., 1973. – С. 64 – 66.

5.Фізичний практикум під ред. В. П. Дущенка. – Ч.1. – К., 1981. — С. 206

–208.

13.2. Контрольні запитання для визначення ступеня готовності студента

до виконання роботи

1.Дати визначення процесів конденсації та пароутворення.

2.Що називають питомою теплотою пароутворення (конденсації)?

2

3. З якою метою в установку включено сухопарник?

13.3. Практичне виконання роботи Прилади, обладнання

1. Нагрівач-кип’ятильник. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт. 2. Сухопарник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

3. Калориметр з мішалкою і термометром. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

4. Технічні терези з важками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

5. Барометр. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

Порядок виконання роботи

1.Ввімкнути в електричну мережу електроплитку для нагрівання кип’ятильника, в якому повинно бути 100 - 200 г води.

2.Зважити на технічних терезах внутрішній стакан калориметра,

визначивши M1.

3.Налити в нього холодну воду і визначити масу стакана з водою M2. Тоді маса води в стакані визначиться, як m1 = M2 - M1.

4.Виміряти початкову температуру води в калориметрі t1.

5.Після початку інтенсивного виділення пари, занурити трубку сухопарника у воду, що знаходиться в калориметрі, через отвір у кришці калориметра. Воду в калориметрі періодично перемішувати мішалкою.

6.Коли температура води в калориметрі стане вищою від кімнатної на 10 – 15 оС, пропускання пари припинити і після перемішування води визначити її

кінцеву температуру t.

7.Зважити внутрішній стакан калориметра з водою та сконденсованою парою M3. Визначити масу конденсату m = M3. – M2.

8.Температуру кипіння води tk взяти з таблиць, або обчислити за

формулою (13.5) з врахуванням атмосферного тиску H, знайденого за показами барометра.

1.До якого типу фазових переходів відноситься явище випаровування?

2.Дати означення фазових переходів першого та другого родів і вказати відмінності між ними.

3

3.Записати рівняння Клапейрона-Клаузіуса і застосувати його для явища

кипіння.

4.Дати молекулярно-кінетичне тлумачення явищ випаровування і конденсації. Пояснити від чого залежить швидкість випаровування.

5.Чому при кипінні рідини її температура не змінюється?

6.Який фізичний зміст питомої теплоти пароутворення?

7.Пояснити залежності питомої теплоти пароутворення від атмосферного тиску і температури.

8.Як у роботі визначається температура кипіння води?

9.Пояснити призначення в установці сухопарника та його вплив на точність вимірювання.

10.Записати і пояснити рівняння теплового балансу для визначення питомої теплоти пароутворення.

4