2.16. Лабораторная работа №16

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ЖИДКОСТИ ЭЛЕКТРОКАЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы:определение водяного эквивалента калориметра и удельной теплоёмкости неизвестной жидкости.

Приборы и оборудование:электрокалориметр с термометром, вольтметр, соединительные провода, ключ, неизвестная жидкость, секундомер, лупа, амперметр.

ТЕОРИЯ МЕТОДА И ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Калориметрический метод определения удельной теплоёмкостёй жидкости основан на следующем: термодинамической системе, состоящей из сосуда с двойными стенками (калориметра) и налитой в него жидкости, сообщается известное количество теплоты, вследствие чего температура этой системы повышается. Можно написать уравнение теплового баланса :

Q = mcT + WT + Q , (1)

где: Q – количество теплоты, сообщенное системе, с – удельная теплоёмкость жидкости, m – масса жидкости, W – водяной эквивалент калориметра, определяемый как теплоёмкость калориметра, Т – изменение температуры, Q – тепловые потери.

Из этого уравнения можно выразить си определить её, зная остальные величины.

В данной работе энергия сообщается системе с помощью электронагревателя, а количество теплоты вычисляется с помощью закона Джоуля-Ленца:

Q = Iut , (2)

где: U –напряжение,I– сила тока в цепи,t- время прохождения электрического тока по спирали нагревателя.

Измерения выполняются дважды: первый раз с известной жид­костью (водой) для определения водяного эквивалента; второй раз – для определения собственно удельной теплоёмкости неизвестной жидкости.

Электрокалориметр состоит (рис. 23) из внешнего стакана 1, при­крученного к основанию 2. Внутрь вставляется второй стакан 3, ко­торый закрывается крышкой 4. В крышку встроены термометр 5, мешал­ка 6, спираль 7 с клеммами 8. Нагреватель подключается к источнику напряжения по схеме, представленной на рис. 24.

Рис. 23 Рис. 24

Учёт тепловых потерь Q в формуле (1) осуществляется следу­ющим образом :

- жидкость нагревается незначительно, на 3 - 5 градусов;

- опыты по определению водяного эквивалента и удельной теплоём­кости жидкости проводятся в одинаковых условиях. При этом тепловые потери в обоих случаях будут одинаковы и они автоматически учиты­ваются при определении W.

Для первого случая имеем :

, (3)

отсюда

, (4)

где с_в и m_в – удельная теплоемкость и масса воды в калориметре.

Для второго случая

, (5)

отсюда

, (6)

где: cи m– удельная теплоёмкость и масса неизвестной жид­кости.

ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Определить массу m₀пустого калориметра вместе с крышкой, основанием, термометром и мешалкой. Взвешивать нужно не менее трех раз и брать среднее значение.

2.Налить во внутренний стакан калориметра воды на 3/4 объёма. Определитьm₁.

3. Для установления термодинамического равновесия выдержать 5 минут, вращая время от времени ручку мешалки. Определить Т₁, пользуясь лупой.

4. Подключить калориметр к установке, а источник питания – к се­ти 42 В. Определить температуруТ₁и сразу же одновременно включить секундомер и схему (замкнуть ключ). Зафиксировать U₁и I₁.

5. После 7- 8 минут отключить схему и секундомер. Определить t₁. Перед определениемT₁выдержать 5 минут, вращая ручку мешалки.

Примечание:При вращении ручки мешалки не держать калориметр

руками, т.к. это ведет к снижению точности опыта.

6. Занести данные в таблицу 20 и рассчитать Wпо формуле (4).

7. Выполнить пункты 2-5, заменив воду на неизвестную жидкость и занести данные в таблицу 21.

Примечание:Так как удельная теплоёмкость распространенных

жидкостей примерно в 2 раза меньше удельной тепло-

ёмкости воды, то время t₂должно быть примерно в 2 раза

меньше t₁, что обеспечивает одинаковые тепловые потери

в обоих опытах.

8. Рассчитать спо формуле (6).

9. Вывести формулы для инструментальной погрешности и рассчитать W и с.

10. После выполнения работы слить жидкость в сосуд, отключить ис­точник от сети, промыть калориметр и вставить крышку в гнездо.4

Таблица 20

m1 (кг)	mв (кг)	T1 (С)	T1 (С)	t1 (с)	U1 (В)	I1 (А)	W (Дж/град)	W (Дж/град)

Таблица 21

m2 (кг)	m (кг)	T2 (С)	T2 (С)	t2 (с)	U2 (В)	I2 (А)	c ()	c ()

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

Удельная теплоемкость воды при комнатной температуре с_в= 4183 ().

Цена деления амперметра (ручка в положении 2.5 А), 0.025А/дел.Цена деления вольтметра (предел измерения 3В) – 0.04В/дел.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Доказать, что при одинаковости условий в обоих опытах тепловые потери будут одинаковы.

2. Дайте определения теплоёмкости, удельной теплоемкости.

3. Составьте уравнение теплового баланса в случае, если в электро­калориметре находится тело массы m' и удельной теплоемкости с'.

4. Почему при вращении мешалки калориметр нельзя держать руками?