в. 6л
.docx
Министерство образования и науки Российской Федерации
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
Кафедра общей и технической физики
(лаборатория виртуальных экспериментов)
ОТЧЕТ
по лабораторной работе №6
Определение теплоемкости твердого тела
Выполнил: студент группы ЭРС 13-1 /Анисимов П.А./
(подпись)
Принял: доцент /Тaмаев В.В./
(подпись)
Санкт-Петербург
2014
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.
ЗАДАНИЕ
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:
Физ. величина |
t |
T1 |
T2 |
СП |
С |
Со |
Со |
||
Ед. измерений
Номер опыта |
с |
К |
К |
||||||
1 |
30 |
303,6 |
-1,040343381 |
297 |
-2,014903021 |
566,0377358 |
1500 |
933,9622642 |
466,9811 |
2 |
30 |
303,5 |
-1,049822124 |
297,1 |
-1,990210408 |
571,4285714 |
1463,414634 |
891,9860627 |
445,993 |
3 |
30 |
303,4 |
-1,059391576 |
297,2 |
-1,966112856 |
576,9230769 |
1428,571429 |
851,6483516 |
425,8242 |
4 |
30 |
303,7 |
-1,03095364 |
296,9 |
-2,040220829 |
560,7476636 |
1538,461538 |
977,7138749 |
488,8569 |
5 |
30 |
303,5 |
-1,049822124 |
297 |
-2,014903021 |
571,4285714 |
1500 |
928,5714286 |
464,2857 |
6 |
30 |
303,6 |
-1,040343381 |
297 |
-2,014903021 |
566,0377358 |
1500 |
933,9622642 |
466,9811 |
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.
С0=459,8204±43,29298
библиографический список
учебной литературы
-
Калашников Н.П. Основы физики. М.: Дрофа, 2004. Т. 1
-
Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1998. Т. 2.
-
Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000.
-
Иродов И.Е Электромагнетизм. М.: Бином, 2006.
-
Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1998.