Laboratornye / Теплота_PDF / Lab_Mol_10

t1, а

при

Лабораторна робота № 10

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОЇ ТЕПЛОЄМНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ КАЛОРИМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ ЗМІШУВАННЯ

Мета роботи. Визначити	питому	теплоємність	цинку	за	допомогою
калориметра.

10.1. Теорія методу та опис приладів

Визначення питомої теплоємності речовини калориметричним методом змішування ґрунтується на здійсненні теплообміну при контакті досліджуваного тіла з тілами, теплоємності яких відомі. При цьому більш нагріте тіло охолоджується, а менш нагріте тіло – нагрівається. Процес теплообміну триває до моменту досягнення однакової температури всіх тіл. З метою запобігання втрат тепла у зовнішнє середовище процес теплообміну здійснюється в калориметрі, внутрішня посудина якого ізольована від зовнішнього середовища двома більшими пластмасовими посудинами та двома прошарками повітря.

Позначимо масу досліджуваного тіла m, його початкову температуру кінцеву температуру t. Тоді кількість теплоти, яку віддасть нагріте тіло охолодженні:

Q c m(t1 t) .	(10.1)
Кількість тепла, що піде на нагрівання води і калориметра
Q (m1c1 )(t t2 ) ,	(10.2)

де m1 та c1 – маса та питома теплоємність води в калориметрі, ω – теплоємність калориметричної установки, t2 – початкова (кімнатна) температура води і калориметра.

Користуючись законом збереження енергії та нехтуючи теплообміном тіл та

	калориметра із зовнішнім середовищем, запишемо:
	cm(t1 t) (m1c1		)(t t2 ),		(10.3)
	Звідки:	(m1c1 ) (t t2 )
	c
		m (t1 t)	.		(10.4)

Ми одержали робочу формулу для визначення питомої теплоємності твердого

тіла.

Для визначення питомої теплоємності твердого тіла калориметричним методом змішування використовують металевий нагрівник з подвійними стінками, у внутрішній канал якого, ізольований від пари, засипають досліджуване тіло через верхній отвір (рис. 1).

У простір між стінками нагрівника поступає водяна пара через гумову трубку пароутворювача, який нагрівається електроплиткою. Температуру досліджуваного тіла вимірюють термометром, який опускають у внутрішній канал нагрівника зверху. Нижній отвір каналу нагрівника відкривають і закривають за допомогою засувки.

1

6																																				1	– калориметр;
																																				2	– вода;
																																				3	– засувка;
																																				4	– досліджуване тіло;
5																											7									5	– нагрівник;
																																				6	– термометр;
																																				7	– гумова трубка;
4																																				8	– пароутворювач;
																			8																	9	– електроплитка.
3
2
1																																			9

Рис. 1

Якщо теплоємність ω калориметричної установки невідома, то її визначають методом змішування води різної температури в калориметрі.

Для цього заповнюють внутрішню посудину калориметра приблизно до половини холодною водою масою M1 і з температурою t'1. Потім доливають гарячу воду з температурою t'1 масою M2, попередньо підігрітої на електроплитці в металевій посудині. Калориметр закривають кришкою, воду перемішують

мішалкою і визначають температуру суміші t'.
Під час теплообміну гаряча вода втратила кількість тепла:
									(10.5)
	M2c1 (t2				t )
Холодна вода з калориметром отримали:
	(M1c1 )(t								(10.6)
								t1 )
Запишемо рівняння теплового балансу:
(M1c1 )(t' t'1 ) M 2 c1 (t'2 t')									(10.7)
і визначимо теплоємність калориметра ω:
	M
		2c1 (t2 t )				M1c1
		t
								.	(10.8)
				t1

Література

1.Елементарний підручник фізики. За ред. Г.С. Ландсберга. Т.1. – К. –

1968. – С. 376 – 380; С. 427 – 428.

2.Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики: навч.

посібник. – Т.2. – К., 2006. – С. 461 – 462.

3.Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики. Т. 2. – 2001. – С. 337 – 341.

4.Фізичний практикум / Під ред. В.П. Дущенка. – К.: Вища школа, 1981. –

Ч. I. – С. 188.

2

5. Гапчин Б.М., Дутчак Я.Й., Френчко В.С. Молекулярна фізика. Лабораторний практикум: Навч. посібник. – Львів. – 1990. – С. 156 - 166.

10.2. Контрольні запитання для визначення ступеня готовності студента

до виконання роботи

1.Що називають питомою теплоємністю?

2.Описати принцип роботи вимірювальної установки.

3.Вказати на основні заходи безпеки при виконанні даної роботи.

10.3. Практичне виконання роботи

Прилади, обладнання

1.Калориметрична установка (калориметр з термометром і мішалкою). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.Прилад для нагрівання досліджуваного тіла водяною парою. . . . . .

3.Пароутворювач з електроплиткою. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.Термометр до 100°С . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.Технічні терези з важками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.Досліджуване тверде тіло (цинк у вигляді дрібних дисків). . . . . . . .

7.Мензурка з водою. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.Алюмінієвий стакан. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Порядок виконання роботи

1 шт.

1 шт.

1 шт.

1 шт.

1 шт.

1 шт.

1 шт.

1 шт.

1.Налити воду в пароутворювач і поставити його на електроплитку, увімкнувши її в мережу.

2.Визначити водяний еквівалент установки змішуванням гарячої та холодної води користуючись формулою (10.8). Дані занести до таблиці 1 Використану воду вилити.

3.Визначити масу досліджуваного тіла m і завантажити його у внутрішній канал нагрівника, закритий знизу засувкою. Помістити в канал нагрівника термометр із шкалою до 100°С.

4.Відміряти мензуркою 100 мл води при кімнатній температурі, залити її у

внутрішній стакан калориметра та поміряти її початкову температуру t2.

5.Коли температура t1 досліджуваного тіла в нагрівнику перевищить 80°С

іне буде помітно змінюватись, визначити її і вийняти термометр з каналу нагрівника.

6.Розташувати калориметр без кришки під нагрівником і засипати в калориметр з водою досліджуване тіло, відкривши засувку.

7.Накрити кришкою калориметр і після перемішування води мішалкою

визначити рівноважну температуру t системи вода–тіло–калориметр.

8. Розрахувати за формулою (10.4) питому теплоємність досліджуваного

тіла.

9. Дані вимірювань занести до таблиці 2 та підрахувати похибки вимірювань.

3

Таблиця 1

№ п/п

М1, кг

М2, кг

t'1, оС

t'2, оС

t', оС

c1, Дж/(кг оС)

ω, Дж/оС

Таблиця 2

№

m,

m1,

t1,

t2,

t,

c1,

ω,

c,

Δc,

Δc/c

п/п

кг

кг

оС

оС

оС

Дж/(кг оС)

Дж/оС

Дж/(кг оС)

Дж/(кг оС)

10.4. Тестові завдання та контрольні запитання для визначення ступеня готовності студента до виконання роботи та її захисту

1.Дати означення питомої теплоємності тіла та вказати одиниці її вимірювання.

2.Від яких параметрів залежить питома теплоємність речовини?

3.Пояснити будову калориметра та метод визначення його теплоємності.

4.Пояснити розподіл енергії теплового руху структурних частинок речовини за ступенями вільності та вивести закон Дюлонга-Пті і сформулювати його.

5.Описати температурну залежність теплоємності для твердих тіл. З чим

пов’язане прямування питомої теплоємності с до нуля при Т → 0?

6. Сформулювати основні положення квантової теорії теплоємності. Пояснити зміст температури Дебая.

4