Лабораторная работа №4 « Определение удельной теплоёмкости тела»

Цель работы:Определить тип вещества по известной теплоемкости. Научиться пользоваться уравнением теплового баланса при расчете теплоемкостей различных веществ.

Оборудование: 1.Весы электронные

2.Термометр - термопара

3.Калориметр.

4.Металлические цилиндры из различных материалов

5.Таблица теплоемкостей различных веществ.

Теория.

В этой работе предлагается измерить удельную теплоемкость металлического тела. В основу работы положен закон сохранения и изменения внутренней энергии вещества.

Поместим металлическое тело массой m₁ в чайник с водой и доведем воду до кипения, при этом очевидно, что температура тела t₁ станет равной температуре кипения воды, то есть t₁ = 100^о. В случае использования термопарного термометра, ( во избежание ожогов ) не доводите воду до кипения ! Максимальная температура воды, с которой нужно работать не должна превышать 70 ⁰С.

Нальем в калориметр холодной воды и быстро перенесем горячее тело из чайника в калориметр. Тело остынет до некоторой температуры t_к, а калориметр и вода в нем нагреются до этой же температуры. Количество тепла, отданное при остывании тела, равно:

Q₁ = c₁m₁ (t₁ - t_к) (1)

где с₁ - удельная теплоемкость тела.

Количество тепла, полученное водой и калориметром при этом равно:

Q₂ = (с₂m₂ + c_Alm₃)(t_к - t₂) (2)

где с₂ = 4200 Дж/Кг* К - удельная теплоемкость воды,

m₂ - масса холодной воды в калориметре,

c_Al = 920 Дж/Кг*К - удельная теплоемкость алюминия из которого сделан внутренний стакан калориметр,

m₃ - масса внутреннего стакана калориметра,

t₂ - температура холодной воды в калориметре.

Если пренебречь работой, совершаемой при сжатии тела и расширении калориметра и воды то можно считать, что количество тепла, отданное при остывании тела, равно количеству тепла, полученному водой и калориметром , то есть:

c₁m₁ (t₁ - t_к) = (с₂m₂ + c_Alm₃)(t_к - t₂)

Отсюда находим удельную теплоемкость вещества, из которого изготовлено исследуемое тело:

с₁ = (3)

Ход работы:

1. Взвесить внутренний сосуд калориметра.

2. Налить в него воду, немного меньше половины и вновь взвесить для определения массы воды.

3. Собрав калориметр, опускают в него термометр и измеряют начальную температуру воды t₂.

4. Из чайника с горячей (кипящей )водой достают за нитку исследуемое тело.

Быстро переносят тело в калориметр, слегка размешивают термометром воду в калориметре и следят за повышением его температуры.

5. Когда температура перестанет повышаться записывают показание термометра t_к.

6. Вынимают исследуемое тело, вытирают его и взвешивают.

7. По формуле (3) вычисляют удельную теплоемкость исследуемого тела.

8. Измерения проводят для трех тел из разного материала.

Контрольные задачи и вопросы:

1.В медном калориметре массой 100 г находится 1 кг воды при температуре 20° С. В воду опускают свинцовую деталь массой 2 кг, имеющую температуру 90° С. До какой температуры нагреется вода? (В этой и последующих задачах потерями теплоты в калориметре пренебречь.)

2. К чайнику с кипящей водой ежесекундно подводится энергия, равная 1,13 кДж. Найдите скорость истечения пара из носика чайника, площадь сечения которого равна 1 см². Плотность водяного пара считать равной 1 кг/м³. Удельная теплота парообразования воды 2260 * 10³ Дж/Кг.

3. Что такое удельная теплоёмкость тела?

4. Как используется закон сохранения энергии (в виде уравнения теплового баланса) в данной работе?

Лабораторная работа №5 «Определение удельной теплоты парообразования».

Цель работы: Определить удельную теплоту парообразования

ОБОРУДОВАНИЕ: Самодельный парообразователь, калориметр, сухопарник, термометр, нагреватель, стакан с водой, колба с водой.

Теория

Если нагревать некоторое количество воды и при этом измерять ее температуру и количество теплоты Q, подводимое к ней, то зависимость t от Q выразится графиком, изображенным на рис. 1.

Рис. 1

Из графика видно, что вначале, по мере нагревания, температура жидкости растет пропорционально количеству подводимой теплоты Q (участок AB на графике).

Повышение температуры жидкости при нагревании указывает на увеличение средней кинетической энергии молекул.

Но, начиная с некоторого момента, рост температуры прекращается, хотя теплота по-прежнему подводится к жидкости (участок BC). Это – переходное состояние, здесь происходит переход из жидкого состояния в парообразное. Увеличение потока теплоты может лишь ускорить ход парообразования, но не изменяет температуры парообразования. Теплота в этом случае затрачивается на изменение связей между молекулами жидкости.

Затрата тепловой энергии на работу против сил сцепления не повышает энергии теплового движения молекул, и, следовательно, не повышает температуры, она полностью идет на изменение состояния. Поэтому эту теплоту назвали скрытой теплотой парообразования.

Различаются жидкости по количеству теплоты, которое требуется для превращения единицы массы каждой из них в пар при одинаковых условиях. Поэтому для характеристики этого свойства жидкостей вводится особая величина, называемая удельной теплотой парообразования.

Удельная теплота парообразования есть величина, измеряемая количеством теплоты, необходимым для превращения 1 кг жидкости в пар при температуре парообразования.

Если обозначить удельную теплоту парообразования через r, массу испарившейся жидкости через m, количество теплоты, необходимое для парообразования, через Q, то Q = rm.

При конденсации каждый килограмм пара выделяет количество теплоты, которое потребовалось бы при той же температуре для преобразования 1 кг жидкости в пар.

Рис. 2

Прибор для определения удельной теплоты парообразования воды состоит из парообразователя A с исследуемой жидкостью, проводящей трубки B и калориметра E (рис. 2). В данной работе удельная теплота парообразования воды определяется на основании уравнения теплового баланса. Количество теплоты, отданное всеми остывшими телами, равно количеству теплоты, полученному всеми нагревающимися телами.

Применим этот закон для нашего случая. Пусть в калориметр массой m₁, удельная теплоемкость которого равна C₁, налито m₂ граммов воды при температуре t₁. В воду пропущено m₃ граммов водяного пара при температуре кипения t_k = 100 ⁰C.

Пусть θ – окончательная температура смеси. Пар, попадая
в калориметр, прежде всего, сконденсируется в воду без изменения температуры. При этом он отдаст количество теплоты:

(1)

Вода, полученная из пара при остывании от температуры кипения t_k=100 ⁰C до температуры смеси, отдаст количество теплоты:

(2)

где C₂ – удельная теплоемкость воды.

Калориметр с водой, в свою очередь, нагревается. Теплота, полученная калориметром:

(3)

Теплота, полученная водой в калориметре:

(4)

На основании уравнения теплового баланса:

или

(5)

Отсюда, удельная теплота парообразования воды равняется: