ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ МЕТОДОМ НАГРЕВАНИЯ.
Цель работы: определение удельной теплоемкости твердого тела и проверка закона Дюлонга и Пти.
Принадлежности: установка, исследуемые тела, секундомер, термопара, гальванометр типа М.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.
Удельной теплоемкостью вещества называется физическая величина, численно равная количеству теплоты , которое надо сообщить, чтобы нагреть 1кг вещества на 1К.
(1)
Эта формула справедлива в том случае, если теплоемкость изменяется незначительно с изменением температуры. С учетом зависимости теплоемкости от температуры, формула для С запишется в виде:
(2)
Формула (2) дает действительную теплоемкость для каждой данной температуре, а формула (1) — среднюю теплоемкость в интервале температур от Т1 до Т2.
У большинства тел с повышением температуры теплоемкость увеличивается. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела от температуры Т1 до Т2 будет равно:
(3)
Теплоемкость тела можно найти, если известно количество тепла , подведенного к телу, и изменение температуры :
(4)
В данной работе температуру исследуемого образца измеряют термопарой — спай двух разнородных металлов. Тепло подводится за счет электрического нагревателя и определяется формулой:
(5)
Вследствие теплопроводности стенок калориметра часть энергии рассеивается в окружающей среде, поэтому оставшееся в калориметре количество тепла будет:
(6)
где l - коэффициент теплопроводности стенок калориметра,
T- температура тела,
Tк - комнатная температура,
Dt – время нагревания.
Тогда, используя (4) получим, что:
(7)
Теплоемкость калориметр С0 определятся отдельно. Если не давать теплу заметных перегревов и производить все измерения при комнатных температурах, то утечка тепла будет небольшой. Однако при небольших нагревах возникает большая погрешность в измерении DT=T-Tк. Чтобы исключить эту трудность, измерения необходимо производить следующим образом. Для широкого интервала температур определяют скорость нагревания тела DT/Dt. Затем по полученным данным строят график зависимости .
Экстраполируя график на температуру T=Tк , определяют скорость нагревания при комнатной температуре . Подставив полученные значения в формулу (7) и учтя, что при Т=Тк ,l(T-Tк)=0 имеем:
(8)
Описание установки
2.ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.
Рис. 14.1
Установка (рис.14.1) состоит из калориметра с пенопластовой изоляцией. Внутренние стенки калориметра выполнены из материала с высокой теплопроводностью. Для обеспечения надежного теплового контакта исследуемые образцы и стенки калориметра выполнены в форме усеченных конусов и плотно прилегают друг к другу. В теплоизолированную стенку калориметра вмонтированы электронагреватель и термопара. Для выталкивания образца служат плоскогубцы.
Cхема включения нагревателя Н изображена на рис.14.2.
Рис. 14.2 Схема подключения нагревателя Н.
ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ.
1. Подготовить калориметр к работе. Установить термопару в гнездо калориметра до упора.
2. Замкнуть ключ (рис14.2) и установить ток в 3-4 А. Выключить нагреватель.
3. Установить предел измерения на деление либо 5mVи нуль гальванометра.
4. Замкнуть цепь нагревателя, одновременно включить секундомер. Через каждые 2мин. записывать показания гальванометра в течении 20мин.
5. Определить мощность нагревателя по показаниям амперметра и вольтметра P=IU.
6. Построить график зависимости температуры от времени T=f(t), используя градуировочный график термопары n=f(T).
7. На основе зависимости T=f(t), постороить график зависимости скорости нагревания калориметра от температуры . Для этого ось абсцисс графика T=f(t) разделить на 10-12 одинаковых отрезков и для каждого из них определить тангенс угла наклона . По полученным данным значениям посторить график , где T=Tср. для данного интервала температур.
Произведя экстраполяцию этого графика на Тк найти значение
8. Подставить значение скорости нагрева в формулу (8) и найти теплоемкость калориметра С0.
9. Охладить калориметр, поместить в него исследуемое тело, предварительно взвесив его, найти теплоемкость по описанной методике (п.4-8). Теплоемкость исследуемого образца равна CT=-C0. Полученные результаты занести в таблицу № 14.1 .
10. Удельную теплоемкость найти по формуле: , где m– масса образца.
11. Рассчитать молярную теплоемкость по формуле , где А – атомная масса вещества (для одноатомных веществ и молярная масса совпадают), СТ – удельная теплоемкость тела.
12. Определите основные источники погрешности данного метода измерения.
ЭКСТРАПОЛЯЦИЯ — приближенное определение значений функции f (x) в точках х, лежащих вне отрезка [а, в], по ее значениям f1…fi , в точках хi , принадлежащих отрезку [а, в].
Таблица № 14.1
|
I,
A |
U
В |
t,
мин |
n,
дел |
T,
0С |
0С/c |
Tср
0C |
Tк
0C |
0С/c |
с, |
с/,
|
|
|||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Калориметр |
|
|
0 2 4 … 20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Калориметр + исследуемое тело |
|
|
0 2 4 ... 20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Что называется теплоемкостью? В каких единицах она измеряется?
2. Классическая и квантовая теория теплоемкости.
3. В чем состоит закон Дюлонга и Пти?
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.