Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Laboratornye / Теплота_PDF / Lab_Mol_12

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
01.03.2016
Размер:
473.21 Кб
Скачать

Лабораторна робота № 12

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОЇ ТЕПЛОЄМНОСТІ МЕТАЛІВ МЕТОДОМ ОХОЛОДЖЕННЯ

Мета роботи. Визначити питому теплоємність залізного зразка при різних температурах методом охолодження.

12.1. Теорія методу та опис приладів

Визначення теплоємності твердого тіла методом охолодження ґрунтується на залежності швидкості його охолодження в газі або рідині від різниці температур тіла та зовнішнього середовища, а також від питомої теплоємності тіла. Порівняння кривих охолодження двох зразків, якщо теплоємність одного з них (еталонного) відома, дозволяє визначити питому теплоємність досліджуваного зразка.

Кількість теплоти dQ, яку витрачає тіло масою m при охолодженні на dT

градусів, визначають за відомою формулою:

 

dQ c m dT ,

(12.1)

де c – середнє значення питомої теплоємності речовини в інтервалі температур

T (T dT).

Якщо охолодження тіла тривало протягом часу dt, то кількість теплоти, віддану тілом оточуючому середовищу можна отримати за законом Ньютона:

dQ (Tn Tc ) S dt ,

(12.2)

де α – коефіцієнт тепловіддачі; Tп і Tc — температури поверхні зразка і навколишнього середовища (повітря) відповідно; S – площа поверхні зразка.

Прирівняємо рівняння (12.1) і (12.2):

 

 

 

c m dT (Tn

Tc ) S dt

(12.3)

і перепишемо у вигляді:

 

 

 

c m

dT

(T T ) S

 

 

 

 

dt

n

c

 

 

 

.

(12.4)

У рівнянні (12.4) dT/dt — швидкість охолодження зразка.

Запишемо рівняння (12.4) для еталонного та досліджуваного зразків за умови, що вони однакові за формою та розмірами і охолоджуються в однакових умовах в тому ж самому середовищі:

c m (dT ) (T T ) S

 

1 1 dt 1

n c

(12.5)

c m (

dT

)

 

(T T ) S

 

 

 

 

2 2 dt

2

n c

(12.6)

За вище вказаних умов проведення експерименту коефіцієнти теплообміну обох зразків будуть однаковими, а праві частини рівнянь (12.5) і (12.6) будуть рівними.

Поділимо рівняння (12.5) на (12.6):

1

 

c m (

dT

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

dt 1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c m (

dT

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

dt

2

 

 

 

(12.7)

звідки знайдемо питому теплоємність c2

досліджуваного зразка:

 

c2 c1

m1 (dT / dt)1

 

 

 

 

 

 

 

m

(dT / dt)

2 ,

(12.8)

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

де (dT/dt)1 і (dT/dt)2 — швидкості охолодження еталонного і досліджуваного зразків, які визначаються експериментально, за однакових температур (Tn1=Tn2). Отже, за відомою питомою теплоємністю еталонного зразка c1 можна визначити питому теплоємність досліджуваного зразка, порівнюючи їхні швидкості охолодження при однакових температурах.

Для проведення експерименту насаджують циліндричний зразок 4 на термопару 5 (рис. 1) і піднімають її по штативу вгору так, щоб зразок увійшов у піч 3. Закріплюють на штативі термопару, вмикають вимірювач і нагрівають зразок. Температуру зразка визначають за показами електронного дисплея 6.

1– блок живлення;

2– штатив;

3– електрична піч;

4– зразок;

5– термопара;

6– електронний дисплей термопари.

Рис. 1. Схема установки для визначення питомої теплоємності металів методом охолодження.

Література

1.Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики. Т. 2. – 2001. – С. 337; С. 385 –

386.

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

1968. – С. 427 – 428.

3.Гапчин Б.М., Дутчак Я.Й., Френчко В.С. Молекулярна фізика. Лабораторний практикум: Навч. посібник. — Львів, 1990. — С. 168 — 170.

4.Фізичний практикум під ред. В.П. Дущенка. — К.: Вища шк., 1981.—

С. 191 — 193.

2

12.2. Контрольні запитання для визначення ступеня готовності студента

до виконання роботи

1.Що називають питомою теплоємністю?

2.Описати принцип дії вимірювальної установки.

3.Сформулювати основні положення методу охолодження.

4.Які чинники впливають на точність вимірювання в даній роботі?

12.3. Практичне виконання роботи

Прилади, обладнання

1.Автоматичний вимірювач температури. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

2.Циліндричні зразки — мідний (еталонний) та залізний.. . . . . . . . . . 2 шт.

Порядок виконання роботи

1.Зразок 4 циліндричної форми насаджують на термопару 5 і поміщають у

піч 3.

2.Вмикають піч і нагрівають зразок до 500 — 600°С.

3.Опускають нагрітий зразок до нижнього положення на штативі 2.

4.Записують покази температури електронного дисплея 6 через кожні 10 секунд, охолоджуючи зразок до температури, дещо нижчої за 100°С.

5.Аналогічний дослід проводять для іншого зразка.

6.За результатами досліджень будують графіки залежності температури T від часу t для еталонного і досліджуваного зразків.

7.За отриманими графіками T=ƒ(t) (зразок на рис. 2), будують графіки

залежності швидкості охолодження T/ t від температури T (зразок на рис. 3) для обох зразків. Для цього проводять горизонтальні прямі через кожні 50°С до перетину з кривою T=ƒ(t). Від точок перетину опускають перпендикуляри на вісь часу. Ділять різницю температур для кожного інтервалу на відповідний час охолодження t. Отримане значення T/ t відносять до початкової температури кожного інтервалу.

8. Користуючись графічними даними з апроксимованої плавною кривою залежності швидкості охолодження від температури, розраховують за формулою (12.8) значення питомої теплоємності досліджуваного зразка при температурах 100°, 200°, 300°, 400°, 500°С. значення питомої теплоємності для еталонного мідного зразка беруть у таблиці. Одержані результати заносять до звітної таблиці.

Зразок

Маса m, кг

T, °С

100°С

200°С

300°С

400°С

500°С

Мідний

 

(dT/dt)1,°С/с

 

 

 

 

 

 

cp1, Дж/(кг·К)

393,9

408,5

422,4

434,9

448,3

 

 

Залізний

 

(dT/dt)2, °С/с

 

 

 

 

 

 

cp2, Дж/(кг·К)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

12.4. Орієнтовні контрольні запитання і тестові завдання для оцінювання якості виконання і захисту лабораторної роботи

1.Дати означення питомої теплоємності речовини та вказати її одиниці вимірювання.

2.Записати зв’язок молярної теплоємності з питомою.

3.Вказати основні положення класичної теорії теплоємності твердих тіл та вивести і сформулювати закон Дюлонга-Пті.

4.Яких вимог потрібно дотримуватись при експериментальному визначенні питомої теплоємності металу методом охолодження?

5.Зобразити на графіку та проаналізувати температурну залежність теплоємності твердих тіл.

6.Вивести робочу формулу для розрахунку питомої теплоємності даним

методом.

7. Пояснити, як будується графік T/ t =ƒ(t).

T, °C

500

400

 

 

 

 

300

 

 

 

 

200

 

 

 

 

100

 

 

 

 

0

50 100

200

300

400 t, c

Рис. 2

Залежність температури зразка від часу охолодження

dT/dt,

град/с

6

4

2

0

100

200

300

400

500 T, °C

Рис. 3

Залежність швидкості охолодження зразка від температури

4

Соседние файлы в папке Теплота_PDF