Лабораторная работа № 6 Ауд.408

Определение удельной теплоемкости твердых тел.

 

Цель работы: Познакомиться с калориметрическим способом определения удельной теплоемкости твердых тел.

Оборудование:

1. Испытуемое тело (латунь).

2. Калориметр с мешалкой.

3. Нагреватель.

4. Электроплитка.

5. Термометр.

6. Весы технические.

Теплоемкостью тела С называется отношение количества теплоты ΔQ, затраченной на нагревание тела, к изменению температуры тела ΔТ, которой при этом произошло:

 

С =

Часто удобнее пользоваться удельной теплоемкостью вещества С или молярной теплоемкостью вещества С, представляющими собой отношение количества теплоты затраченной на нагревание единицы массы тела или единицы количества вещества, к изменению температуры тела, которое при этом произошло:

 

С =

 

С =

Где m – масса тела, - количество вещества тела (число молей). При решении задач на нагревание газа обычно используют молярную теплоемкость С, а при нагревании жидких или твердых – удельную теплоемкость с.

Описание метода и работы.

В калориметр, масса которого равна m₁ содержащий m₂ воды при температуре t₁, опускают образец вещества массой m (теплоемкость которого нужно определить), находящегося при температуре t₂. Тело отдает излишек своей внутренней энергии путем теплообмена калориметру и воде, вследствие чего температура последнего повышается до θ. Обозначим среднюю удельную теплоемкость вещества через с, удельную теплоемкость воды с₂. Количество теплоты, отданное калориметру с водой, будет:

m c (t₂- θ)

Количество теплоты, полученное калориметром и водой от тела, будет:

(m₁c₁ + m₂c₂) (θ – t₁)

Cледовательно:

C m(t₂ – θ) = (m₁c₁+ m₂c₂)(θ- t₁)

Откуда:

 

С=

Калориметр изготовлен из алюминия, следовательно с₁ 896 Дж/(кг К). При выводе формулы (1) предполагалось, что все количество теплоты, полученное калориметром и водой от тела, идет на повышение температуры. В действительности же это не так. Если температура калориметра и воды выше температуры окружающего пространства, то часть теплоты передается предметам (путем теплопроводности, конвекции или излучения).

Если температура калориметра и воды ниже комнатной, т.е. ниже температуры окружающих тел, то калориметр и вода получают тепло от окружающего пространства. Потеря тепла калориметра тем больше, чем больше разность температур калориметра с водой и окружающих его тел и чем больше время опытов. Для уменьшения потери тепла калориметр помещают в теплоизолирующий сосуд. Калориметр ставится в этот сосуд на подставку из какого-нибудь плохо проводящего тепло вещества (дерево, эбонит, пробка), так, что его стенки отделены от стенок теплоизолирующего сосуда слоем воздуха.

Все эти предосторожности только уменьшают потерю тепла, но не исключают ее. Чтобы сделать потерю тепла незначительной, надо, чтобы начальная температура калориметра была настолько ниже комнатной, насколько конечная температура будет выше этой температуры (градуса на 2-3). Тогда в первую половину опыта, когда температура калориметра с водой будет ниже температуры окружающей среды, калориметр получит от них приблизительно столько тепла, сколько отдаст им во вторую половину опыта, когда температура калориметра и воды будет выше температуры окружающей среды. Тело нагревается в специальном сосуде А с наклонной трубкой В, который ставится на электроплитку. В сосуд наливается вода так, чтобы она касалась трубки.

 

А

 

С

 

 

В

- 220

 

 

В трубку, открывающуюся с обеих сторон, помещается испытуемое тело. При кипении воды в сосуде трубка и тело, находящееся в ней, принимает температуру паров кипящей воды. Величина этой температуры определяется по таблице в зависимости от атмосферного давления в момент проведения опыта. Тело помещается в трубку через конец С, вынимается за привязанную нить.

Порядок выполнения работы.

1. Налить воды в сосуд и включить электроплитку в электросеть.

2. Взвесить испытуемое тело, определить его массу. Затем привязать к нему нить, опускают его в трубку сосуда, открыв конец С.

3. Взвесив предварительно высушенный внутренний сосуд калориметра и, определив его массу, наливают в него воды 2/3 его объема и снова взвешивают. Определяют массу налитой воды.

4. Подождав 5-10 мин. После начала кипения воды в сосуде, измеряют температуру воды калориметра (t₂) и вынимают термометр.

5. Продвинув калориметр к сосуду с водой, открывают отверстие С и, взяв за нитку, быстро опускают тело в калориметр, следя за тем, чтобы тело не касалось стенок и дна сосуда(калориметра).

6. Опустив термометр в калориметр и, помешав воду, следят за изменением температуры воды. Когда она, дойдя до некоторого максимального значения, начинает понижаться, снимают это показание термометра θ. Результаты измерений заносят в таблицу.

7. Измерений атмосферное давление (Н), из таблицы найти температуру кипения воды (t₂).

 

Таблица

 

	mг	m1г	m2г	t1		t1	C	S0	ε0	Δ c	c Δ c
1. 2. 3.
Ср. зн.

 

Примечание: за абсолютные ошибки Δt и Δm взять величины, равные, равные половине точности измерения массы и температуры С₁ и С₂ принять за точные величины.

 

Контрольные вопросы.

1. Какая физическая величина называется теплоемкостью?

2. Зависит ли теплоемкость вещества от температуры?

3. В каких единицах измеряется теплоемкость?

4. в чем заключается закон Дюлонга и Пти?

5. Расскажите о классической и квантовой теории теплоемкостей твердых тел.

Литература.

1. И.В. Савельев «Курс общей физики», т. 1, 1977, 114 стр. 363 Теплоемкость кристаллов.

2. А.К. Кикоин и И.К. Кикоин. Молекулярная физика, М., 1976, стр. 460 137, Теплоемкость твердых тел.

3. В. Ф. Яковлев. Молекулярная физика, М., 1976, стр. 262, 94, Теплоемкость твердых тел.