5.2. Экспериментальная часть

Необходимое оборудование:

1. Калориметр c нагревательным устройством.

2. Технохимические весы.

3. Разновесы.

4. Мерный цилиндр.

5.Термометр.

Необходимые реактивы:

1. Дистиллированная вода.

2. Образец.

Методика

Наиболее употребительным методом определения теплоемкости металлов и сплавов является так называемый метод смешения. При помощи этого метода определяется средняя удельная теплоемкость металла для интервала температур, между температурой, до которой нагревается исследуемый образец в печи, и температурой, до которой он охлаждается в калориметре.

Для определения теплоемкости металлов и сплавов служит калориметр, снабженный дополнительно печью для нагревания образца (рис. 8). В крышках калориметра имеются центральные отверстия, через которые забрасывается в калориметр исследуемый образец, и по два периферийных, через которые вводятся термометр Бекмана и мешалка. На дно внутреннего стакана устанавливается сплетенная из латунной проволоки корзинка, предназначенная для улавливания падающего образца.

П

Рис. 8. Схема установки для определения теплоемкости металлов.

Контакты: 1  к кнопке пережигания подвески; 2  к милливольтметру; 3  к трансформатору печи; 4  к трансформатору двигателя

ечь, служащая для нагревания образца, укреплена на кронштейне с муфтой, позволяющей вращать печь вокруг стойки. Образец подвешивается с помощью тонкой медной проволочки на двух толстых медных проводниках, укрепленных на крышке печи, которые включены в электрическую цепь. При замыкании последней посредством кнопки проволочка, на которой подвешен образец, пережигается и образец падает в калориметр. При нагревании образца нижнее отверстие печи закрывают заслонкой. Температура образца в печи измеряют при помощи термопары, укрепленной в крышке печи, и милливольметра. Величину тока в цепи печи регулируют трансформатором и контролируют при помощи амперметра.

В качестве калориметрической жидкости применяют дистиллированную воду. Исследуемый образец имеет обтекаемую форму, что уменьшает разбрызгивание калориметрической жидкости при его падении в калориметр.

Порядок проведения эксперимента может быть следующим. Образец взвешивают на технохимических весах и укрепляют в печи на тонкой медной проволочке, как описано выше. Поворотом кронштейна устанавливают печь на максимальном удалении от калориметра, включают цепь печи и устанавливают в ней величину тока, указанную преподавателем, нагревают печь до заданной температуры и поддерживают ее постоянной в течение 3040 мин. Пока образец нагревается, во внутренний сосуд калориметра заливают 1000 см³ дистиллированной воды, собирают калориметр, включают мешалку и фиксируют показания термометра Бекмана в предварительный период. После выдержки образца при указанной температуре поворачивают печь до упора (при этом труба печи устанавливается над отверстием в крышке калориметра), открывают заслонку печи и, замкнув ключ, пережигают проволочку, на которой подвешен образец. Сразу же после падения образца в калориметр отводят печь в сторону и проводят главный, а затем и заключительный периоды.

Для определения температуры охлажденного образца или температуры калориметрической жидкости в конце измерения необходимо предварительно произвести компарирование термометра Бекмана. Для этого его помещают вместе с каким-либо точным термометром в стакан с водой, температура которой близка к температуре воды в калориметре. Когда показания обоих термометров установятся, сравнивают эти показания и фиксируют, какой температуре по шкале Цельсия соответствует показание термометра Бекмана.

Среднюю удельную теплоемкость исследуемого образца рассчитывают по формуле:

C_p = К _кал / m(T_в - Т_н)

где К_кал  постоянная калориметра;   изменение температуры калориметрической системы; m  масса образца; T_в и Т_н  температуры нагретого и охлажденного образца.

Результаты

Масса образца (m)........................................................................................

Температура нагретого образца (T_в)..........................................................

Температура охлажденного образца (T_н)...................................................

Изменение температуры калориметрической системы ()..............…

Средняя удельная теплоемкость исследуемого образца (C_p ).................