- •Кафедра Общей и технической физики
- •Термодинамика, теплопередача, тепло и массообмен
- •Методические указания
- •Работа №1 Газовые законы. Тарировка газового термометра
- •Экспериментальная установка
- •Задание
- •Работа №2 Цикл тепловой машины
- •Экспериментальная установка
- •Назначение и характеристика основных элементов установки:
- •Задание
- •Работа № 6 Определение теплоемкости твердого тела
- •З адание
- •Работа № 8 Определение показателя адиабаты при адиабатическом расширении газа
- •Вывод рабочей формулы.
- •Порядок выполнения работы.
- •Работа № 10 Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела
- •Экспериментальная установка
- •Задание
- •Работа № 11 Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости
- •Экспериментальная установка
- •Задание
- •Работа № 12 Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
- •Задание
- •Работа № 13 Исследование диффузии газов
- •Экспериментальная установка
- •Назначение и характеристика основных элементов установки:
- •Задание
- •Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
- •Экспериментальная установка.
- •Задание
- •Работа № 18 Определение теплопроводности твердого тела (пластина)
- •Экспериментальная установка
- •Назначение и характеристика основных элементов установки:
- •Задание
Работа № 6 Определение теплоемкости твердого тела
Цель работы:
1) измерение зависимости повышения температуры исследуемого образца в муфельной печи от времени;
2) вычисление по результатам измерений теплоемкости исследуемого образца.
Определение теплоемкости тел обычно производится путем регистрации количества тепла Q, полученного телом, и соответствующего изменения температуры этого тела dT. Теплоемкость определяется как:
[1]
Надежность измерения определяется в основном качеством калориметра. Необходимо, чтобы количество тепла, затрачиваемое на нагревание исследуемого тела, было существенно больше тепла, расходуемого на нагревание калориметра, и на потери, связанные с утечкой тепла из установки. При измерении теплоемкости твердых тел стараются или обеспечить как можно более полную теплоизоляцию тела от окружающей среды, или наоборот, не принимая специальных мер к теплоизоляции, учитывают при расчете потери тепла в окружающее пространство.
Данная работа проводится на стандартном лабораторном оборудовании и предполагает при расчетах учет потерь тепла. Рассмотрим тепловой баланс установки при нагреве. В любой момент времени количество тепла, поступившее от электронагревателя идет на нагрев установки и на излучение в окружающую среду:
[2]
Величина Qпотерь пропорциональна разнице температур между печью и окружающим воздухом, и может быть принята равной нулю в начальный момент времени. Прямое определение величин в уравнении [2] в начальный момент времени невозможно, но подлежит косвенному вычислению. Для этого преобразуем [2], учитывая, что мощность нагревателя P равна Qнагр/t (t - интервал времени):
[3]
В уравнении [3] слагаемое при t = 0 равно нулю, а значение может быть найдено из графика зависимости T = f(t).
Экспериментальная установка
В работе используются: муфельная печь 1, содержащая электронагреватель 2, вентилятор обдува 3; термопара 4; цифровой термометр 5; регулируемый источник питания 6; выключатель нагрева 7; таймер 8.
Схема установки изображена на рисунке 1. Вентилятор обдува 3 предназначен для равномерного распределения тепла внутри печи. Электронагреватель 2 подключен к регулируемому источнику питания постоянного тока 6, контроль напряжения и тока осуществляется вольтметром и амперметром, входящими в источник питания. Для измерения температуры воздуха служит термопара 4, подключенная к цифровому термометру 5.
З адание
1. Запустите лабораторную работу. Отметьте в лабораторном журнале характеристики (масса и материал) полученного образца.
2. Включите источник питания, установите напряжение, указанное преподавателем (или выбранное самостоятельно). Нагрев печи включается кнопкой "ВКЛ", расположенной на пульте НАГРЕВ только при закрытой дверце печи. Для закрывания/открывания дверцы надо нажать на нее левой кнопкой мыши.
3. Включите вентилятор обдува.
4. Не помещая исследуемый образец в печь, закройте дверцу, включите нагрев и одновременно запустите секундомер. Через интервалы времени 2040 сек. запишите значения температуры. Всего надо сделать 68 измерений. Также запишите значения напряжения и силы тока I. Выключите нагрев, откройте дверцу печи (для ускорения остывания).
5. Для каждого интервала времени t найдите соответствующее изменение температуры T и посчитайте значения . Нанесите полученные точки на координатную плоскость ( , ), располагая значения посередине временного интервала измерения (те есть, если измерения проводились через 30 сек, то значение , посчитанное на интервале 030 сек. соответствует времени 15 сек). Проведите через точки прямую, продолжая ее до пересечения с осью абсцисс, определите по графику значение при t = 0, пересчитайте значение к . По формуле
[4]
рассчитать собственную теплоемкость печи CП.
6. После остывания печи поместите в нее исследуемый образец (для внесения/убирания образца надо нажать на него левой кнопкой мыши при открытой дверце).
7. Повторите измерения и вычисления по п.п. 4 и 5, изменив, если требуется, напряжение питания.
Результаты измерений занести в таблицу №2:
Физ. величина |
t |
T1 |
|
T2 |
|
СП |
С |
Со |
с |
Ед. измерений
Номер опыта |
с |
К |
|
К |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для получения приемлемой погрешности при проведении измерений необходимо, чтобы температура повышалась не менее, чем на 34 С за интервал измерения. По формуле [4] будет определена суммарная теплоемкость печи и образца С. Найдите теплоемкость образца Со:
[5]
Рассчитайте удельную теплоемкость: .
Сравните со справочными значениями.