- отключить кабель питания печки;
- раскрепить винт 10 и вывести образец из зоны нагрева.
Внимание: указанная процедура должна быть проделана быстро.
В ходе эксперимента фиксируются показания секундомера и соответствующие им значения напряжения, снимаемого с термопары; результаты заносятся в таблицу 1. Каждое очередное измерение проводится после уменьшения показаний милливольтметра на 0,2 мВ (t1 - при 9,0 мВ, t2 - при 8,8 мВ, t3 - при 8,6 мВ и т.д.). В интервале значений от 4 до 2 мВ показания можно снимать реже.
Таблица 1
|
№ |
t, с |
U, дел. |
U, мВ |
Uс поправкой , мВ |
T, °C |
Примечания |
|
1 |
||||||
|
2 |
||||||
|
... |
||||||
|
30 |
2. Обработка данных. По данным измерений строятся графики зависимости температуры образцов от времени.
Необходимые для этого градуировочные данные для термопары хромель-алюмель приведены в приложении № 1.
Для определения температуры образца по имеющийся в методическом указании таблице градуировки термопары (приложение № 1) необходимо учесть, что свободные концы термопары находятся не при t = 0°С, а при комнатной температуре.
Поэтому значения U (с поправкой) вычисляются следующим образом. Допустим, милливольтметр показал U(мВ) = 8,6 мВ, а температура в лаборатории в это время была +20°С. В таблице (приложение № 1) такому значению температуры соответствует Uкомн = 0,77 мВ. Это означает, что U (с поправкой) = U(мВ) + Uкомн = 9,37 мВ. Наибольшее значение напряжения на термопаре, не превосходящее 9,37 мВ, на основании приложения составляет 9,34 мВ (230°С). Тогда, применяя линейную интерполяцию при расчете температуры, с учетом коэффициентов, указанных в правой колонке приложения № 1, можно определить температуру образца tобразца = + 230,7°С (так как 9,34 + 0,0403 ´ 0,7°С = 9,37 мВ).
График зависимости температуры от времени для эталонного образца строится по данным приложения № 2.
Далее студент по указанию преподавателя выделяет несколько температур, в окрестности которых проводится определение теплоемкостей по формуле (8). (Теплоемкость меди для температур +100°С, +200°С, +300°С приведена в приложении № 2). Для этого проводятся изотермы, и в месте их пересечения с кривыми графиков зависимостей температуры образцов от времени, нанесенными предварительно на один график, графическим методом определяется производная, после чего можно вычислить искомую теплоемкость сХ.
При расчётах теплоёмкости исследуемого образца необходимо предварительно построить график зависимости теплоёмкости (меди) от температуры. По этому графику определяют значения сЭ при температурах, заданных преподавателем, которые в дальнейшем подставляют в расчётную формулу.
Для расчета следует использовать: rэ = 8,6×103 кг/м3 и rХ = 2,6×103 кг/м3.
Дополнительные указания к расчету температур
При определении температуры образца по имеющейся в методическом указании таблице градуировки термопары (приложение № 1), как правило, возникают некоторые трудности. Для упрощения этой операции специально построен градуировочный график, который можно взять у лаборанта. При этом необходимо учесть, что он построен в предположении, что свободные концы термопары находятся не при 0°С, а при комнатной температуре (для температуры воздуха в лаборатории +20°С). Если преподаватель посчитает необходимым, можно определение температуры проделать самостоятельно и даже принять во внимание небольшие поправки к данным градуировочного графика с учетом конкретной температуры в лаборатории. Ниже приведен подробные разъяснения к примеру подобного расчета, расписанные по операциям.
Пример: Пусть на свободных концах термопары милливольтметром получено показание 8,6 мВ. Как определить конкретную температуру, соответствующую этому показанию милливольтметра?
а) Сначала определяется поправка на то, что свободные концы термопары находятся при комнатной температуре, отличной от 0°С. Предположим, она равна +20 °С. Тогда, согласно таблице, поправка составит 0,77 мВ.
б) Определим теперь, с учетом поправки, какие были бы показания милливольтметра, если бы свободные концы термопары находились при 0°С. Для этого наши показания нужно сложить с поправкой (8,6 мВ + 0,77 мВ = 9,37мВ) В таблице приложения № 1 такого значения нет.
в) В таблице ищем наиболее близкое к 9,37 мВ значение термо-эдс. В данном случае это будет величина 9,34 мВ, которой соответствует температура +230°С.
г) Температуру, соответствующую 9,37 мВ, можно рассчитать, используя метод линейной интерполяции, учитывая коэффициент, указанный в правой колонке приложения №1 (для данного диапазона он составляет 0,0403 мВ/°С):
- вычисляем разность 9,37 мВ - 9,34 мВ = 0,03 мВ;
- определим, скольким градусам соответствует эта разность
0,03 мВ : 0,0403 мВ/ °С » 0,7 °С;
- тогда tобразца = 230 °С + 0,7 °С = 230,7 °С.
По аналогичной схеме рассчитываются любые другие значения температур.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем состоит цель данной лабораторной работы?
2. Что называется теплоемкостью тела?
3. Что называется молярной теплоемкостью и что называется удельной теплоемкостью вещества?
4. Изложите кратко суть метода, применяемого для определения удельной теплоемкости металла в данной лабораторной работе.
5. От каких параметров может зависеть теплоемкость тела?
6. Напишите выражение через коэффициент теплоотдачи для количества тепла, отдаваемого нагретым телом в единицу времени.
7. Каков физический смысл коэффициента теплоотдачи?
8. Напишите выражение через удельную теплоемкость для количества тепла, отдаваемого нагретым телом в единицу времени.
9. Учитывается ли в данной методике изменение объема тела в процессе изменения температуры?
10. Для каких целей служит в данной методике эталонный образец?
11. Перечислите все приближения, использованные при выводе расчетной формулы.
12. От чего зависит коэффициент теплоотдачи?
13. Сделайте вывод формулы для расчета удельной теплоемкости неизвестного тела.
14. С какой целью в установке используется термопара? Поясните принцип ее работы.
15. Учитывает ли данный метод измерений охлаждение образца за счет теплового излучения?
16. Поясните методику определения теплоемкости неизвестного образца с помощью зависимостей Т(t).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.