Метод змішування

Визначення питомої теплоємності речовини методом змішування грунтується на термодинамічному принципі, за яким тіла при кон­такті обмінюються теплом до моменту досягнення однакової температури.

Для визначення питомої теплоємностї твердого тіла його нагрівають у спеціальному нагрівнику та занурюють у калориметр з холодною водою.

Нехай маса тіла т, початкова температура його кінцева температура . Тоді кількість тепла, яку віддасть тіло при охолодженні,

Q = mc( - ) (25)

Якщо втрати в зовшшнє середовище дуже малі, ними можна знехтувати. Тоді кількість теплоти на нагрівання води та кало­риметра

(26)

де – маса води в калориметрі; – її температура до експерименту; – її питома теплоємність; т₂ – маса калориметра з мішалкою; – питома теплоємність калориметра з мішалкою; 0,46 V – водяний еквівалент термометра (V – об'єм зануреного термометра).

Користуючись законом збереження i перетворення енергії та нехтуючи обміном теплоти з зовнішнім середовищем, на підставі рівностей (25) та (26) записуємо

тс ( — )= ( + т₂с₂ + 0,46 V) ( — ),

Звідки

(27)

Для визначення питомої теплоємності твердого тіла методом змішування використовують прилад Реньо (рис.7).

Рис. 7. Схематичне зображення приладу Реньо: 1 – кронштейн; 2 – підкладка; 3 – зовнішня посудина калориметра;

Для вимірювання наливають воду в пароутворювач i вмикають електроплитку 11. На технічних терезах зважують тiлo з точністю до 0,1 г (якщо температуру можна виміряти з точністю до 0,03 град, то й тіло зважують до 0,01 г), занурюють його в нагрівник i вставляють термометр 7. Після цього зважують пустий калориметр з мішалкою i з водою . При температурі в нагрівнику вище 80 °С термометром 4 визначають початкову температуру води i калориметра , термометром 7 – початкову тем­пературу нагрітого тіла . Зануривши тіло в калориметр, через певний час фіксують рівноважну температуру системи вода–тіло–калориметр .

За формулою (27) обчислюють питому теплоємність досліджуваних тіл.

Метод електричного калориметра

Для уникнення похибок при визначенні теплоємності тіл ме­тодом змішування (втрати тепла при перенесенні тіла від нarpiвника до калориметра, нагрівання калориметра нагрівником через випромінювання тощо) використовують метод електричного нагрівання. При цьому питому теплоємність рідин знаходять абсолютним методом або методом порівняння.

Нехай в калориметр з досліджуваною рідиною поміщена електрична спіраль (нагрівник), по якій протягом часу пропускають електричний струм силою . Тоді рівняння теплового балансу Для уникнення похибок при визначенні теплоємності тіл ме­тодом змішування (втрати тепла при перенесенні тіла від нarpiвника до калориметра, нагрівання калориметра нагрівником через випромінювання тощо) використовують метод електричного на­грівання. При цьому питому теплоємність рідин знаходять абсолютним методом або методом порівняння.

Нехай в калориметр з досліджуваною рідиною поміщена електрична спіраль (нагрівник), по якій протягом часу пропускають електричний струм силою . Тоді рівняння теплового балансу

де т — маса рідини в калориметрі; с — її питома теплоємність; — маса калориметра та мішалки; — їхня питома теплоемніcть (виготовлені з одного матеріалу); К — водяний еквівалент термометра; — температура відповідно до i після пропускання струму.

3 попередньої рівності

(28)

Усі величини, що входять у формулу (28), легко знайти шляхом зважування т i та вимірювання і .