Определение удельной теплоемкости вещества.

Приборы и принадлежности, используемые в работе:

1. Весы.

2. Разновесы.

3. Термометр.

4. Калориметр.

6. Калориметрическое тело.

7. Плитка бытовая.

Цель работы:

Научиться опытным путем определять удельную теплоемкость вещества.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.

Теплопроводность- передача теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым в следствии столкновений быстрых молекул с медленными, в результате этого быстрые молекулы передают часть своей энергии медленным.

Изменение внутренней энергии какого- либо тела прямо пропорционально его массе и изменению температуры тела.

DU = cmDT (1)
Q = cmDT (2)

(3)

Величина с, характеризующая зависимость изменения внутренней энергии тела при нагревании или охлаждении от рода вещества и внешних условий называется удельной теплоемкостью тела.

(4)

Величина C, характеризующая зависимость тела поглощать теплоту при нагревании и равная отношению количества теплоты сообщенной телу, к приращению его температуры, называется теплоемкостью тела.

C = c × m. (5)
(6)
Q = CDT (7)

Молярной теплоемкостью C_m, называют количество теплоты, которое необходимо для нагревания одного моля вещества на 1 Кельвин

C_m = сM. (8)
C_m = (9)

Удельная теплоемкость зависит от характера процесса, при котором происходит его нагревание.

Уравнение теплового баланса.

При теплообмене суммы количеств теплоты, отданных всеми телами, у которых внутренняя энергия уменьшается, равна сумме количеств теплоты, полученных всеми телами, у которых внутренняя энергия увеличивается.

SQ_отд = SQ_получ (10)

Если тела образуют замкнутую систему и между ними происходит только теплообмен, то алгебраическая сумма полученных и отданных количеств теплоты равна 0.

SQ_отд + SQ_получ = 0.

Пример:

В теплообмене участвуют тело, калориметр, жидкость. Тело отдает теплоту, калориметр и жидкость принимают.

Q_т = Q_к + Q_ж

Q_т = c_т m_т (T₂ – Q)

Q_к = c_к m_к (Q – T₁)

Q_ж = c_ж m_ж (Q – T₁)

Где Q(тау) – общая конечная температура.

с_т m_т (T₂ -Q) = с_кm_к (Q- T₁) + с_ж m_ж (Q- T₁)

с_т = ((Q - Т₁)*(с_кm_к + с_жm_ж)) / m_т (Т₂ - Q)

Т = 273⁰ + t⁰С

2. ХОД РАБОТЫ.

ВСЕ ВЗВЕШИВАНИЯ ПРОВОДИТЬ С ТОЧНОСТЬЮ ДО 0,1 г.

1. Определите взвешиванием массу внутреннего сосуда, калори­метра m₁.

2. Налейте во внутренний сосуд калориметра воды, взвесьте внутренний стакан вместе с налитой жидкостью m_к.

3. Определите массу налитой воды m = m_к - m₁

4. Поместите внутренний сосуд калориметра во внешний и измерь­те начальную температуру воды Т₁.

5. Выньте из кипящей воды испытуемое тело, быстро перенесите его в калориметр, определив Т₂-начальную температуру тела, она равна температуре кипящей воды.

6. Перемешивая жидкость в калориметре, выждите, когда перестанет повышаться температура: измерьте окончательную (установившуюся) температуру Q.

7. Выньте из калориметра испытуемое тело, высушите его фильтро­вальной бумагой и взвешиванием на весах определите его массу m₃.

8. Результаты всех измерений и вычислений занесите в таблицу. Вычисления производить до второго знака после запятой.

9. Составьте уравнение теплового баланса и найдите из него удельную теплоемкость вещества с.

10. По полученным результатам в приложении определить вещество.

11. Вычислите абсолютную и относительную погрешность полученного результата относительно табличного результата по формулам:[4]

;

12. Вывод о проделанной работе.[5]

ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЙ

Калориметр	Жидкость в калориметре	Начальная температура воды	Температура после теплообмена	Величины, характеризующие испытуемое тело	Погрешность
Масса	Удельная теплоёмкость	Масса	Удельная теплоёмкость	Темпе­ратура	Масса	Удельная теплоёмкость	Вещество	Абсо­лютная	Относи­тельная
кг		кг				К	кг			%

Приложение:

Удельные теплоемкости твердых тел

Вещество	,	Вещество	,
Алюминий		Парафин
Бетон		Песок
Дерево		Платина
Железо, сталь		Свинец
Золото		Серебро
Кирпич		Стекло
Латунь		Цемент
Лед		Цинк
Медь		Чугун
Нафталин		Сера
Олово

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПЕРВОГО И ВТОРОГО УРОВНЯ.

1. Физический смысл понятия «теплопроводности».

2. Что называют удельной теплоемкостью вещества? Физический смысл единицы измерения удельной теплоемкости? Формула.

3. Понятия теплоемкости тела, молярной теплоемкости тела.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ТРЕТЬЕГО УРОВНЯ.

4. Составить уравнение теплового баланса опыта. Объяснить.

Лабораторная работа № 4.

Определение коэффициента поверхностного натяжения методом капель.

Приборы и принадлежности, используемые в работе:

1.Бюретка с водой и глицерином на штативе

2.Стекло вогнутое для сбора капель

3.Технические весы.

4.Химический стакан.

Цель работы:

Определить коэффициент поверхностного натяжения для определенной жидкости.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.

Поверхностный слой жидкости обладает избыточной потенциальной энергией. Величина этой энергии , где - площадь поверхности жидкости, a -коэффициент поверхностного натяжения.

(1)

В системе СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в Дж/м либо Н/м. Коэффициент поверхностного натяжения можно определить опытным путем, зная, что , где - сила поверхностного натяжения, - длина границы поверхностного слоя, длина линии, которая ограничивает свободную поверхность жидкости.

Коэффициент поверхностного натяжения можно определить опытным путем. Если налить в бюретку воды и открыть кран так, чтобы из бюретки медленно капала вода, то можно заметить, что отрыв капель происходит по окружности шейки АВ. Следовательно, эта окружность в момент отрыва является длиной границы поверхностного слоя. Вдоль нее действует сила поверхностного натяжения F. Она направлена вверх. На каплю действует и сила тяжести, направленная вниз (рис. №1).

рис. 1

Капля отрывается, когда F_m станет больше силы поверхностного натяжения F_n. В момент отрыва можно считать F_m = F_n. Следовательно:

(2)

Линия, ограничивающая свободную поверхность жидкости - длина окружности шейки капли, т. е. , где - радиус трубки, он указан на бюретке.

Значит:

(3)

2. ХОД РАБОТЫ.

1. Взвесить вогнутое стекло с точность до 0,01 г ( ).
2. Поставить под бюретку стаканчик. Отрегулировать краном скорость падения капель, 30 - 40 капель в минуту.
3. Поставить под кран взвешенное стекло и отсчитать количество капель.
4. Взвесить стекло с водой . Вычислить массу капель

.

1. Определить массу одной капли .
2. Вычислить коэффициент поверхностного натяжения по формуле (3), где g = 9,81 м/с².
3. Измерения проделать не менее 3-х раз.
4. Результаты записать в таблицу.
5. Вычислить абсолютную и относительную погрешности измерений.[6]
6. Сделать вывод о проделанной работе.[7]

ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЙ

№№ п/п	Диаметр трубки	Масса стекла	Масса капель	Число капель	Масса капли	Коэффициент поверхностного натяжения	Погрешность измерений
	d		Dm	n	m					, %
	м	кг	кг		кг	Н/м	Н/м	Н/м	Н/м

s_вода = 0,072 Н/ м;

s_{глицерин} = 0,059 Н/ м.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПЕРВОГО УРОВНЯ.

1. Какими свойствами обладает поверхностный слой жидкости? Какова толщина этого слоя?

2. Что называется коэффициентом поверхностного натяжения? Формула и единица. От чего зависит коэффициент поверхностного натяжения?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ВТОРОГО УРОВНЯ.

3. Как направлена сила поверхностного натяжения? От чего зависит эта сила, и по какой формуле ее определяют?

4. Что представляет собой энергия поверхностного слоя жидкости?

5. Физический смысл поверхностного натяжения как величины, связанной с энергией поверхностного слоя жидкости.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ТРЕТЬЕГО УРОВНЯ.

6. Как определить коэффициент поверхностного натяжения опытным путем?

Лабораторная работа № 5.

Определение электроемкости конденсатора.

Приборы и принадлежности, используемые в работе:

1.Набор конденсаторов известной емкости (эталоны).

2. Конденсаторы неизвестной емкости.

3. Микроамперметр.

4. Источник постоянного тока.

5. Переключатель и соединительные провода.

Цель работы:

Опытным путем определить емкость исследуемого конденсатора.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.

Конденсатором называется прибор, служащий для накопления электрических зарядов и электрической энергии.

Конденсатор представляет собой два проводника расположенных как можно ближе друг к другу, а между ними располагается диэлектрик.

Два проводника, в которых накапливаются заряды, называются обкладками конденсатора (см. рис.1).

рис. 1

При сообщении обкладкам заряда и между обкладками создается напряжение U. Заряд q, сообщаемый обкладкам прямо пропорционален напряжению между обкладками конденсатора:

Величина С, называется электроемкостью конденсатора. Она не зависит от внешних условий, а определяется лишь формой и размерами конденсатора и родом диэлектрика между его обкладками.

Конденсаторы бывают постоянной и переменной емкостью. Диэлектрик увеличивает емкость конденсатора, не дает зарядам нейтрализоваться. Накопление заряда на обкладках конденсатора называется его зарядкой.

Нейтрализация зарядов конденсатора при соединении его обкладок проводником называется разрядкой конденсатора. Чтобы зарядить конденсатор нужно соединить его обкладки с двумя полюсами источника электрической энергии.

Если замкнуть ключ К (рис.2), то конденсатор зарядится. Для разрядки конденсатора надо его обкладки соединить проводником. Так при замыкании ключа К (рис.3), заряды с положительно заряженной обкладки будут переходить на отрицательно заряженную обкладку до полной нейтрализации заряда конденсатора. Миллиамперметр включенный в цепь покажет, что по проводникам пойдет кратковременный электрический ток разрядки конденсатора. Если заряжать конденсатор постоянной емкости от одного и того же источника постоянного тока, то стрелка миллиамперметра всякий раз будет отклоняться, по шкале на одно и то же число деление. Для конденсаторов другой емкости отклонение стрелки будет иным. Имея конденсаторы известной емкости (эталоны), можно на опыте убедиться, что емкость эталонного конденсатора прямо пропорциональна числу делений , на которое отклоняется стрелка миллиамперметра:

Отсюда легко определить коэффициент пропорциональности:

,

выражающий собой электроемкость, соответствующую одному делению. Зная коэффициент, можно по отклонению стрелки миллиамперметра определить емкость любого другого конденсатора, повторив с ним описанный опыт. Так, если при включении конденсатора неизвестной емкости С_х отклонение стрелки миллиамперметра составило делений то

C_x = K_ср× n_x

К

К

рис.2

2. ХОД РАБОТЫ.

1. Соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.3, включив в нее источник постоянного тока, конденсатор известной емкости (эталонный конденсатор), миллиамперметр и однополюсной переключатель.

рис. 3

2. Зарядите конденсатор. Для этого соедините его на короткое время с источником тока. Переключатель К включается в положение 1. Затем, выждав 5-10 секунд и сосредоточив внимание на стрелке миллиамперметра, быстро переключите в положение 2 и зафиксируйте по шкале максимальное отклонение стрелки прибора, отсчитывая на глаз десятые доли деления.

3. Опыт повторите 3 раза.

4. Повторите все измерения по пункту 2 со вторым эталонным конденсатором.

5. По полученным 6-ти значениям К вычислите среднее значение коэффициента пропорциональности .

6. Все данные опытов, выполненные согласно п.п. 2 и 3 занесите в таблицу 1.

Таблица 1

№№ опытов	Емкость эталонного конденсатора.	Число делений по шкале миллиамперметра.	Коэффициент пропорциональности.	Среднее значение коэффициента пропорциональности
			К
мкФ	дел.	мкФ \дел.	мкФ\дел.

7. В цепь (см. рис.3) включите вместо эталонного конденсатора конденсатор неизвестной емкости.

8. Повторите 5 раз с неизвестным конденсатором опыт описаний в пункте 2. В каждом опыте фиксируйте число делений , на которые отклоняется стрелка миллиамперметра. В каждом случае определите емкость неизвестного конденсатора по формуле:

C_x = K_ср× n_x

9. Все результаты 5-ти опытов с неизвестным конденсатором занесите в таблицу 2. Вычислите среднее значение величины , а так же абсолютную и относительную погрешность опытов.[8]

10. Сделать вывод о проделанной работе[9].

Таблица 2.

№ № опытов	Число делений по шкале миллиамперметра	Величина емкости исследуемого конденсатора	Среднее значение емкости	Абсолютная погрешность	Относит Погрешности опытов
				D	D
дел.	мкФ	мкФ	мкФ	мкФ	%

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПЕРВОГО УРОВНЯ.

1. Что называется электрической емкостью проводника? Какая формула выражает сущность этого понятия?

2. Единица емкости в СИ. Как формулируют определение этой единицы?

3. От чего зависит электроемкость проводника?

4. Что называют конденсатором? Зарядом конденсатора? Емкостью конденсатора? По какой формуле вычисляют емкость конденсатора?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО УРОВНЯ.

5. Последовательное, параллельное, смешанное соединение конденсаторов (схема, формулы).

6. Энергия заряженного конденсатора (определение, формула).

Лабораторная работа № 6.