2.6. Лабораторная работа №6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ПАРООБРАЗОВАНИЯ ВОДЫ

Цель работы:экспериментальное определение удельной теплоты парообразования воды при атмосферном давлении и температуре кипения калориметрическим методом.

Приборы и принадлежности:калориметр, термометр, электроплитка, сосуд для кипячения воды, сухопарник.

ТЕОРИЯ МЕТОДА И ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Количество теплоты L, необходимое для превращения при постоянной температуре и давлении 1кгжидкости в пар, называетсяудельной теплотой парообразования. Для превращения в пар жидкости массойmтребуется количество теплоты, равноеQ=Lm. При конден­сации пара происходит выделение такого же количества теплоты.

Существует ряд методов измерения удельной теплоты парообразования Lжидкости. В настоящей работе используется калориметричес­кий метод, основанный на уравнении теплового баланса: количество теплаQ_п, поглощенное калориметром, равно количеству теплаQ_к, выделившемуся при конденсации пара и охлаждении сконденсировавшейся жидкости от температуры кипенияt_кдо температуры нагретого калориметраt_к.

Теплоизолированной системой, для которой составляется уравнение теплового баланса, является в нашем случае калориметр. Тела, между которыми происходит теплообмен, – это водяной пар массой m_ппри температуре кипенияt_к= 100°С при атмосферном давлении и во­да в калориметре массойm_впри некоторой начальной температуреt₀. Поскольку в природе нет веществ, не поглощающих и не передающих тепло, часть количества теплоты пара пойдет на нагревание стенок калориметра и окружающей среды до температурыt₁. Это количество теплоты можно учесть, воспользовавшись величинойW– так называемым "водяным эквивалентом" калориметра, который по своей сути является теплоемкостью калориметра. В этой работе он равен 84Дж/град.

Тогда уравнение теплового баланса будет иметь следующий вид:

Q_п=Q_к, или

m_вс_в(t₁ - t₀) + W(t₁ - t₀) = Lm_п + m_пс_в(t_к - t₁),(1)

где с_в= 4190Дж/(кгК) – удельная теплоемкость воды.

Из уравнения (1) легко вычисляется удельная теплота парообразования воды:

. (2)

Экспериментальная установка (рис. 10) состоит из нагревателя 1, кипятильника 2, сухопарника 3 и паропровода 4, который направлен в калориметр 5. Калориметр включает, в себя три теплоизолированных стакана и крышку с термометром Т, имеющую отверстие О для паропровода 4, отверстие в отсутствие паропровода закрывается пробкой.

Рис. 10

Когда в кипятильнике кипит вода, образующийся пар поднимается в сухопарник, освобождается там от капелек влаги и по паропроводу поступает в калориметр, где конденсируется и нагревает воду.

ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Налейте в кипятильник 2 воду (меньше половины), закройте его пробкой с сухопарником 3. Паропровод 4 направьте в стакан с водой. Включите нагреватель.

2. Убедитесь, что калориметр внутри сухой.

3. Взвесьте внутренний стакан калориметра вместе с крышкой, термометром и пробкой, закрывающей отверстие О. Определение массы калориметра М₁производится на технических весах с точностью до 0.01г.

4. Налейте в калориметр на одну треть воды, плотно закройте крышкой и взвесьте вновь. Определите массу М₂. Вычислите затем массу налитой водыm_в­=М₂-М₁. По термометру отсчитайте началь­ную температуру калориметра с водойt₀и поместите его в теплоизолятор калориметра.

5. После, того, как вода закипит, дайте хорошо прогреться па­ропроводу, чтобы в нем не конденсировался пар. Затем вставьте па­ропровод с пробкой в калориметр. Следите за тем, чтобы в калориметр вместо пара не проникла из паропровода вода. В противном слу­чае опыт следует повторить вновь.

6. Когда температура t₁в калориметре поднимется до 30 - 40°С, выньте паропровод из калориметра и направьте его в стакан с водой. ОтверстиеOнемедленно закройте пробкой. Выключите нагреватель. Слегка покачивая калориметр, выждите 3миндля установки температуры. Запишите установившееся значениеt₁.

7. Взвесьте вновь калориметр с крышкой, термометром и пробкой. Определите М₃. Вычислите массу пара m_в­=М₃-М₂. При взвешивании не открывайте крышку калориметра, это приводит к увеличению пог­решности опыта вследствие испарения нагретой воды!

8. Вычислите удельную теплоту парообразования воды по форму­ле (2).

9. Смените воду в калориметре и, пользуясь численным значени­ем массы сухого калориметра М₁из 1-го опыта, повторите измерения не менее 3-х раз.

10. Заполните таблицу 7.

Таблица 7

№ п/п	М1 (кг)	М2 (кг)	mв (кг)	М3 (кг)	mп (кг)	t0 C	t1 C	L Дж/кг
1
2
3
			=			L=

11. Вычислите среднее арифметическое значение Lпо формуле:

,

а среднеквадратичную погрешность измерений:

где i = 1,2,3 - номер опыта.

12. Запишите окончательный результат в виде:

Дж/кг.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое испарение и конденсация?

2.Что такое кипение и точка кипения, как она зависит от давления?

3.Что такое удельная теплота парообразования?

4.Как составить уравнение теплового баланса для определения удельной теплоты парообразования калориметрическим способом?

5.Через воду, имеющую температуру 10°С, пропускают водяной пар при 100°С. Сколько процентов составит масса воды, образовавшейся из пара, от массы всей воды в сосуде, если ее температура равна 50°С?