Експериментальна установка

В роботі використовується регулярний С-калориметр, в якому охолоджується досліджуваний зразок. Схема С-калориметра представлена на малюнку. В основі приладу 8 вбудована голка з умонтованим "гарячим" спаєм термопари 7 мідь-константан 3. Матеріал голки має високу теплопровідність, що забезпечує швидке вирівнювання температури спаю й температури досліджуваного зразка 3, який насаджується на голку. З¢ємна частина калориметра 1 - теплоізоляційна втулка, що забезпечує регулярний режим охолодження. "Холодний" спай 5 мідь-константан термопари 7 вмонтовано в масивну основу калориметра і він має температуру оточуючого середовища Т_с.

Термоелектрорушійна сила термопари 7 вимірюється гальванометром Г, чутливість якого регулюється опором R_g у межах 40-50 Ом. Опір шунта R_ш - забезпечує необхідне згасання коливань рухливої системи гальванометра.

Досліджуваний зразок 3 виготовляється у вигляді циліндра діаметром 8-10 мм та висотою 20 мм з отвором по осі. Нагрітий (у долонях) зразок отвором надягається на голку калориметра 4 і закривається з'ємною кришкою 1.

Методика експеримента

Нагрітий нерівномірно до певної температури зразок охолоджується в регулярному режимі. Охолодження проходить через стадію вирівнювання температури по всьому зразку до Т і подальшого охолодження всього зразка до температури термостату Т_с, яка рівна температурі оточення калориметра. Цей режим охолодження називається регулярним. В регулярному режимі залежність температури від часу описується експоненціальною залежністю

. (13)

В (13) величина t-називається темпом охолодження і вона залишається сталою на протязі часу охолодження. Якщо вимірювати різницю температур DТ між калориметром та зразком за допомогою термопари, для якої електрорушійна сила

Е=aDТ, DТ=Т-Т_с, (14)

то легко визначити темп охолодження t через Е. Прологарифмуємо (13) і візьмемо похідну по t. В результаті одержимо

. (15)

Замінивши нескінченно малі dt та dlnT на малі скінчені різниці Dt та DlnT, одержимо

. (16)

За властивістю логарифма при Dt_іj=t_і - t_j маємо

. (17)

Відношення DT_і/DT_j в (17) замінимо відношенням значень термоелектрорушійних сил у поділках гальванометра (ціна поділок у відношенні скорочується) n_і/n_j для моментів часу t_і, t_j. Тепер (16) запишемо у вигляді

. (21)

Основним рівнянням регулярного режиму для С-калориметра є стала швидкість охолодження будь-якого тіла в розрахунку на один кельвін

, (22)

що дає можливість визначити невідому питому теплоємність С тіла маси m за допомогою еталонного зразка "e", наприклад, міді

. (23)

В цьому виразі С_е, m_e, t_e - питома теплоємність, маса та темп охолодження еталонного зразка, m-маса зразка. Для визначення С потрібно з експеримента знайти темпи охолодження та .

 

Хід виконання роботи.

Кожен зразок (еталонний та досліджуваний) нагріваємо у долонях і розміщуємо у калориметрі. Спочатку тепло від зразка поширюється на голку (спай термопари) і через деякий час установлюється регулярний режим охолодження. В роботі доцільно дочекатись коли "зайчик" гальванометра дійде до позначки шкали 9,5 і потім через кожні 0.5 поділки шкали проводимо вимірювання часу t_і проходження значення шкали n_і. Дані заносимо у відповідні рядки Таблиці 1, згідно позначень.

 

Таблиця 1.

		Поділки шкали гальванометра
nі	9.5		8.5		7.5		6.5		5.5		4.5
ln nі	2.25	2.20	2.14	2.08	2.02	1. 95	1.87	1.79	1.70	1.61	1.50	1.39
t1і, с
t2і, с
t3і, с