V. Методика експерименту та опис приладів

В даній лабораторній роботі визначення теплоємності твердого тіла базується на використанні рівняння теплового балансу. Нехай деяке тіло масою т_т нагріли на певну температуру Т від температури Т₀ до температури Т_т: Т=Т_т-Т₀. Якщо питома теплоємність цього тіла с_т, то воно отримало кількість теплоти Q₁ = с_тт_тТ (вважається, що в цьому інтервалі температур питомі теплоємності розглядуваних тіл є сталими). Перенесемо це тіло без втрат тепла у калориметр (теплоізольовану посудину) і приведемо його у контакт з іншим тілом – у нашому випадку з водою масою т_в, температура Т₁ якої менша за температуру нагрітого тіла. Так як обміну теплом з середовищем зовні калориметра (повітрям) немає, то деяка кількість теплоти Q_т, запасена у тілі, витратиться на нагрівання води (Q_в) і самого калориметра (Q_к), які при цьому нагріються від Т₁ до температури теплової рівноваги :

Q_в = с_вт_в(-Т₁), Q_к = С_к(-Т₁), (7.5)

де С_к – теплоємність калориметра. Оскільки досліджуване тіло, віддаючи тепло Q_т, охолодилося також до температури , то можемо написати рівність (рівняння теплового балансу):

Q_т = Q_в + Q_к або с_тт_т(Т_т - )= с_вт_в( - Т₁) + С_к( - Т₁). (7.6)

Знаючи температури Т₁,  і Т_т, легко знайти питому теплоємність досліджуваного тіла:

. (7.7)

Якщо теплоємність калориметра невідома, то її можна визначити шляхом змішування двох кількостей води відомих мас т₁ і т₂ та температур Т₁ і Т₂ відповідно. У цьому випадку рівняння теплового балансу має вигляд:

с_вт₂(Т₂-)= с_вт₁(-Т₁)+ С_к(-Т₁), (7.8)

де Т₂ – температура нагрітої води, а Т₁ – температура калориметра і води в калориметрі до змішування. Тоді для визначення С_к маємо формулу:

. (7.9)

Якщо т₁=т₂=т₀ то вираз (7.9) спрощується:

. (7.9а)

VI. Порядок виконання роботи Завдання 1. Визначення теплоємності твердого тіла.

1. Накреслити таблицю для запису даних експерименту та занести в неї табличне значення питомої теплоємності чистої води с_в, значення теплоємності калориметра С_к і, якщо потрібно, густини води.

2. Виміряти масу зразка з точністю 0,1 грам, записати в таблицю.

3. Визначити масу т_в або об’єм води, яка буде залита у калориметр.

4. Налити в калориметр воду в такій кількості, щоб по зануренні в неї досліджуване тіло вода зайняла як можна більшу частину об’єму калориметра. Зачекати декілька хвилин, щоб температура води і калориметра стали однаковими, і записати значення Т₁.

5. Нагріти досліджуване тіло (зразок) на електроплитці до температури Т100 ⁰С, виміряти і зафіксувати значення Т_т. Для більш точного визначення температури тіла його можна покласти у посудину з водою, яку потім нагріти.

6. Скориставшись пінцетом, або іншими допоміжними засобами для запобігання опіків, швидко, але обережно, перенести тіло у калориметр з водою.

7. Після встановлення теплової рівноваги визначити температуру  води разом з тілом. Звернути увагу на те, щоб за час встановлення температури втрати тепла були мінімальними.

8. За отриманими даними обрахувати значення питомої теплоємності тіла, а також його молярну теплоємність і порівняти з класичною теорією.

9. Дослід повторити не менше трьох разів.

10. Обчислити похибку результату, врахувавши похибки визначення маси та температури.

11. Зробити висновки.