- •Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
- •Математична обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота 1 Визначення прискорення вільного падіння за допомогою математичного маятника
- •Теоретичні відомості
- •Опис приладу та методу вимірювання
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота 2 Вивчення фізичного маятника
- •Теоретичні відомості
- •Визначення моменту інерції фізичного та оберненого маятників
- •Опис приладу
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота 3 Визначення моменту інерції тіла динамічним методом
- •Теоретичні відомості
- •Лабораторна робота 4 Вивчення основного закону обертального руху твердого тіла на хрестоподібному маятнику
- •Теоретичні відомості
- •Опис приладу та методу вимірювання
- •Хід роботи
- •Лабораторна робота 5 Вивчення власних коливань зосередженої системи
- •Теоретичні відомості
- •Опис приладу
- •Хід роботи
- •Лабораторна робота 6 Визначення абсолютної та відносної вологості повітря
- •Теоретичні відомості
- •Опис приладу та методу вимірювання
- •Хід роботи
- •Лабораторна робота 7 Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини методом Стокса
- •Теоретичні відомості
- •Опис приладу та методу вимірювання
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота 8 Визначення відношення питомих теплоємностей газу методом адіабатичного розширення
- •Теоретичні відомості
- •Опис приладу та методу вимірювання
- •Хід роботи
- •Лабораторна робота 9 Визначення питомої теплоємності металів методом охолодження
- •Опис приладу
- •Хід роботи
- •Лабораторна робота 10 Визначення універсальної газової сталої
- •Теоретичні відомості
- •Опис приладу та методу вимірювання
- •Хід роботи
- •Лабораторна робота 11 Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя, середньої довжини вільного пробігу та ефективного діаметра молекул повітря
- •Теоретичні відомості
- •Опис приладу
- •Хід роботи
- •Обробка результатів досліду
- •Густина сухого повітря за різних температур
- •Тиск і густина насиченої водяної пари за різних температур
- •Психрометрична таблиця відносної вологості повітря, %
Лабораторна робота 9 Визначення питомої теплоємності металів методом охолодження
Прилади та матеріали: електропіч, еталонний та досліджувані зразки металів, секундомір, цифровий вольтметр, ЛАТР.
Теоретичні відомості
Найажливіша характеристика металів – теплоємність. Її визначають відношенням кількості теплоти ΔQ , підведеної до тіла, до викликаного цим теплом підвищення температури ΔT:
. (9.1)
Отже, для визначення теплоємності С необхідно підвести до досліджуваного зразка металу певну кількість тепла ΔQ або відвести його і виміряти пов'язану з цим зміну температури ΔT. Однак, якщо ΔT легко знайти з високою точністю, то вимірювання ΔQ пов’язане з певними експериментальними труднощами. Тому в даній роботі вимірювання ΔQ виключено, а теплоємність С визначають непрямим методом.
Якщо металевий зразок нагріти до температури, яка перевищує температуру навколишнього середовища, то протягом деякого часу він буде охолоджуватися, причому швидкість охолодження буде залежати від температури зразка і його питомої теплоємності.
Доведемо, що порівнюючи криві охолодження двох зразків і знаючи теплоємність одного (еталона), можна визначити питому теплоємність іншого.
Елементарний об'єм металу ΔV під час охолодження за час Δτ втрачає кількість теплоти
, (9.2)
де С – питома теплоємність металу; ρ – густина металу; Δt/Δτ – швидкість охолодження.
У зв’язку з незначними розмірами і високою теплопровідністю металу температуру в усьому об’ємі зразка можна вважати однаковою в будь-який момент часу. Отже, С, Δt/Δτ і ρ не залежать від координат точок об'єму зразка. У цьому випадку весь зразок об'ємом V за час втрачає таку кількість тепла:
. (9.3)
Це тепло йде в навколишнє середовище з поверхні S зразка. Кількість тепла, яка втрачається з елемента поверхні зразка ΔS за час τ, знаходять за відомим співвідношенням Ньютона:
, (9.4)
де α – коефіцієнт тепловіддачі, який чисельно дорівнює кількості тепла переданого одиницею поверхні зразка за одиницю часу за умов різниці між температурами поверхні тіла й навколишнього середовища 10 С; t – температура зразка; t0 –температура навколишнього середовища.
Якщо вважати, що α, t і t0 залежать від координат точок поверхні зразка, то кількість тепла, втраченого всією поверхнею за час τ, дорівнює
. (9.5)
Прирівнюючи праві частини рівнянь (19.3) і (19.5), одержимо
(9.6)
або після скорочення на τ
. (9.7)
Кількість тепла, втраченого поверхнею зразка, визначають лише за станом поверхні й різницею температур поверхні зразка й навколишнього середовища.
Візьмемо два зразки однакової форми й розмірів і будемо нагрівати їх до однакової температури; для зразків маємо
V1 = V2; S1 = S2; a1 = a2; t1 = t2 . (9.8)
На підставі формули (9.7) запишемо рівняння для зразків:
а) еталонного –
; (9.9)
б) досліджуваного –
. (9.10)
Враховуючи рівності (9.8), поділимо почленно рівняння (9.9) на рівняння (9.10), одержимо
, (9.11)
де ρ1 і ρ2, –густини досліджуваного й еталонного зразків відповідно; С1 і С2 – теплоємності досліджуваного й еталонного зразків відповідно. ,– швидкість охолодження зразків.
Беручи до уваги, що ,, деm1 i m2 – маси досліджуваного й еталонного зразків відповідно, одержимо остаточний вираз для знаходження питомої теплоємності досліджуваного зразка:
. (9.12)