- •С.А. Погожих
- •От автора
- •1.Введение
- •1.1. Техника безопасности
- •1.2. Порядок выполнения работ
- •1.3. Правила построения графиков
- •1.4. Вычисление погрешностей
- •1.5. Рекомендуемая литература
- •2. Описания лабораторных работ
- •2.1. Лабораторная работа №1
- •2.2. Лабораторная работа №2 проверка закона шарля
- •2.3. Лабораторная работа № 3 определение плотности воздуха
- •2.4. Лабораторная работа №4
- •2.5. Лабораторная работа №5
- •2.6. Лабораторная работа №6
- •2.7. Лабораторная работа №7
- •2.8. Лабораторная работа № 8
- •Линейное тепловое расширение
- •Объемное тепловое расширение
- •Тепловое расширение с точки зрения молекулярно- кинетической теории
- •2.9. Лабораторная работа №9
- •Определение коэффициента динамической вязкости
- •Определение длины свободного пробега молекул
- •Определение эффективного диаметра молекул
- •Определение коэффициента динамической вязкости
- •Определение длины свободного пробега молекул
- •Определение эффективного диаметра молекул
- •2.10. Лабораторная работа №10
- •2.11. Лабораторная работа №11
- •2.12. Лабораторная работа №12
- •Измерения и обработка их результатов
- •2.13. Лабораторная работа №13
- •2.14. Лабораторная работа №14
- •2.15. Лабораторная работа №15
- •2.16. Лабораторная работа №16
- •Лабораторная работа №17
- •3. Приборы молекулярной физики
- •3.1. Насосы
- •3.2. Манометры
- •3.3. Термометры
- •3.4. Приборы, измеряющие влажность.
- •3.5. Термостат
- •Запрещается включать термостат без воды!!!
- •3.6. Вискозиметр
- •Методика измерения вязкости.
- •3.7. Катетометр
- •Конструкция прибора
- •Работа с катетометром
- •4. Справочние сведения*
2.16. Лабораторная работа №16
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ЖИДКОСТИ ЭЛЕКТРОКАЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Цель работы:определение водяного эквивалента калориметра и удельной теплоёмкости неизвестной жидкости.
Приборы и оборудование:электрокалориметр с термометром, вольтметр, соединительные провода, ключ, неизвестная жидкость, секундомер, лупа, амперметр.
ТЕОРИЯ МЕТОДА И ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Калориметрический метод определения удельной теплоёмкостёй жидкости основан на следующем: термодинамической системе, состоящей из сосуда с двойными стенками (калориметра) и налитой в него жидкости, сообщается известное количество теплоты, вследствие чего температура этой системы повышается. Можно написать уравнение теплового баланса :
Q = mcT + WT + Q , (1)
где: Q – количество теплоты, сообщенное системе, с – удельная теплоёмкость жидкости, m – масса жидкости, W – водяной эквивалент калориметра, определяемый как теплоёмкость калориметра, Т – изменение температуры, Q – тепловые потери.
Из этого уравнения можно выразить си определить её, зная остальные величины.
В данной работе энергия сообщается системе с помощью электронагревателя, а количество теплоты вычисляется с помощью закона Джоуля-Ленца:
Q = Iut , (2)
где: U –напряжение,I– сила тока в цепи,t- время прохождения электрического тока по спирали нагревателя.
Измерения выполняются дважды: первый раз с известной жидкостью (водой) для определения водяного эквивалента; второй раз – для определения собственно удельной теплоёмкости неизвестной жидкости.
Электрокалориметр состоит (рис. 23) из внешнего стакана 1, прикрученного к основанию 2. Внутрь вставляется второй стакан 3, который закрывается крышкой 4. В крышку встроены термометр 5, мешалка 6, спираль 7 с клеммами 8. Нагреватель подключается к источнику напряжения по схеме, представленной на рис. 24.
Рис. 23 Рис. 24
Учёт тепловых потерь Q в формуле (1) осуществляется следующим образом :
- жидкость нагревается незначительно, на 3 - 5 градусов;
- опыты по определению водяного эквивалента и удельной теплоёмкости жидкости проводятся в одинаковых условиях. При этом тепловые потери в обоих случаях будут одинаковы и они автоматически учитываются при определении W.
Для первого случая имеем :
, (3)
отсюда
, (4)
где св и mв – удельная теплоемкость и масса воды в калориметре.
Для второго случая
, (5)
отсюда
, (6)
где: cи m– удельная теплоёмкость и масса неизвестной жидкости.
ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Определить массу m0пустого калориметра вместе с крышкой, основанием, термометром и мешалкой. Взвешивать нужно не менее трех раз и брать среднее значение.
2.Налить во внутренний стакан калориметра воды на 3/4 объёма. Определитьm1.
3. Для установления термодинамического равновесия выдержать 5 минут, вращая время от времени ручку мешалки. Определить Т1, пользуясь лупой.
4. Подключить калориметр к установке, а источник питания – к сети 42 В. Определить температуруТ1и сразу же одновременно включить секундомер и схему (замкнуть ключ). Зафиксировать U1и I1.
5. После 7- 8 минут отключить схему и секундомер. Определить t1. Перед определениемT1выдержать 5 минут, вращая ручку мешалки.
Примечание:При вращении ручки мешалки не держать калориметр
руками, т.к. это ведет к снижению точности опыта.
6. Занести данные в таблицу 20 и рассчитать Wпо формуле (4).
7. Выполнить пункты 2-5, заменив воду на неизвестную жидкость и занести данные в таблицу 21.
Примечание:Так как удельная теплоёмкость распространенных
жидкостей примерно в 2 раза меньше удельной тепло-
ёмкости воды, то время t2должно быть примерно в 2 раза
меньше t1, что обеспечивает одинаковые тепловые потери
в обоих опытах.
8. Рассчитать спо формуле (6).
9. Вывести формулы для инструментальной погрешности и рассчитать W и с.
10. После выполнения работы слить жидкость в сосуд, отключить источник от сети, промыть калориметр и вставить крышку в гнездо.4
Таблица 20
m1 (кг) |
mв (кг) |
T1 (С) |
T1 (С) |
t1 (с) |
U1 (В) |
I1 (А) |
W (Дж/град) |
W (Дж/град) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 21
m2 (кг) |
m (кг) |
T2 (С) |
T2 (С) |
t2 (с) |
U2 (В) |
I2 (А) |
c () |
c () |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ
Удельная теплоемкость воды при комнатной температуре св= 4183 ().
Цена деления амперметра (ручка в положении 2.5 А), 0.025А/дел.Цена деления вольтметра (предел измерения 3В) – 0.04В/дел.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Доказать, что при одинаковости условий в обоих опытах тепловые потери будут одинаковы.
2. Дайте определения теплоёмкости, удельной теплоемкости.
3. Составьте уравнение теплового баланса в случае, если в электрокалориметре находится тело массы m' и удельной теплоемкости с'.
4. Почему при вращении мешалки калориметр нельзя держать руками?