Контрольные вопросы

1. При определении  из соотношения (1), какую из величин, входящих в него необходимо измерять с наибольшей точностью, чтобы погрешность в определении  была минимальной?

2. Докажите справедливость соотношения: =3, где – коэффициент объемного расширения.

3. Объясните механизм теплового расширения твердых тел.

4. У воды <0 в диапазоне температур от 0⁰ С до +4⁰ С. Как этот факт объясняет то, что зимой достаточно глубокие водоемы не промерзают до дна?

Работа № 29 определение температуры плавления твердых тел

Приборы и принадлежности: тигельная печь, автотрансформатор, термопара, сосуд со льдом, тигель с исследуемым металлом, электронный потенциометр ЭПП–09.

Цель работы: ознакомиться с процессами плавления и кристаллизации твердых тел и определить температуру плавления.

Методика измерений и описание установки

Установка для проведения измерений схематически изображена на рис. 1.

Рис. 1

Тигель А (см. рис.1), заполненный металлом, температуру плавления которого Т_пл требуется определить, помещается в тигельную печь. Нагреватель печи питается через автотрансформатор Б. Температура измеряется при помощи термопары В, один спай которой погружен в метал, а второй находится при комнатной температуре или в сосуде со льдом. Напряжение с термопары подается на потенциометр ЭПП – 09, показания которого автоматически записываются на движущуюся ленту.

По мере нагревания металла самописец потенциометра вычерчивает на ленте график зависимости температуры Т от времени Т = f(t). Так как температура в процессе плавления остается постоянной, то достижение температуры плавления легко заметить на графике. Процесс плавления на нем изобразится горизонтальным участком. Потенциометр регистрирует разность температур горячего и холодного спаев термопары. Поэтому температура горячего спая термопары равна разности показания потенциометра и температуры второго спая термопары. В случае, когда второй спай находится при комнатной температуре, показания потенциометра дают разность температуры горячего спая и комнатной температуры.

Совершенно аналогично поступают при определении температуры кристаллизации, только в этом случае постоянство температуры наблюдается при обратном процессе – охлаждении.

Порядок выполнения работы.

• Не подавая напряжения на электрическую печь, проверьте контакты в местах соединения термопары с прибором.

• Подайте через автотрансформатор на тигельную печь напряжение 160 В и включите потенциометр.

• Следите за показаниями потенциометра. После того, как металл в тигле начнет плавиться, показания потенциометра станут постоянными, а затем по окончании процесса плавления вновь начнут расти. Отключите в этот момент тигельную печь и продолжайте наблюдение за показаниями потенциометра. После того, как процесс кристаллизации закончится, отключите потенциометр.

• Снимите ленту с потенциометра. По температуре плавления определите, какой металл использовался в работе. Оцените погрешность полученных результатов.

• 

  Рис. 2

  Оцените удельную теплоту плавления металла.

Выполняется это следующим образом. Рассмотрим график, полученный вами в ходе эксперимента. По оси абсцисс отложено время процесса , по оси ординат – температура металла в тигле t. Мощность нагревателя (тигельной печи) постоянна, пусть она равна W. Тогда за время  печь выделит W тепла. Часть этого тепла получит металл в тигле, другая часть пойдет на нагрев самой печи с тиглем и окружающего воздуха. Пусть тепло, полученное металлом, равно kW (k<1). Тепло, полученное металлом, приведет к повышению температуры металла. Обозначим эту величину через t. Если масса металла в тигле m, а его удельная теплоемкость – c, то:

kW=cmt.

Когда начнется плавление металла, то его температура будет оставаться равной температуре плавления, пока не расплавится весь металл. На это потребуется _плm тепла. Если продолжительность процесса плавления была _пл, то можно написать:

kW_пл = _плm.

Поделив теперь последнее уравнение на первое, получим:

.

Следовательно:

.

В эксперименте следует выбирать начальный участок графика, где он с достаточно хорошей точностью является линейным (см. Рис. 2). Это означает, что теплоемкость металла здесь остается постоянной.