Файл: Работы лабораторного практикума.docx

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с калориметрическим способом определения удельной теплоемкости твердых тел.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:

1. 
   Испытуемое тело (латунь).
   
2. 
   Калориметр с мешалкой.
   
3. 
   Нагреватель.
   
4. 
   Электроплитка.
   
5. 
   Термометр.
   
6. 
   Весы.
   

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Теплоемкостью тела называется отношение количества теплоты , затраченной на нагревание тела, к изменению температуры тела , при котором этом произошло:

(4.1)

Часто удобнее пользоваться удельной теплоемкостью вещества

(4.2)

или молярной теплоемкостью вещества

, (4.3)

представляющими собой отношение количества теплоты затраченной на нагревание единицы массы тела или единицы количества вещества, к изменению температуры тела, которое при этом произошло. В формулах выше – масса тела, - количество вещества тела (число молей).

При решении задач на нагревание газа обычно используют молярную теплоемкость , а при нагревании жидких или твердых – удельную теплоемкость . Единицей измерения теплоемкости тела является 1 Дж/К, удельной теплоемкости – 1 Дж/кг.К, молярной – 1 Дж/моль.К.

Если нагревание происходит в условиях, когда объем остается постоянным, то соответствующая молярная теплоемкость называется теплоемкостью при постоянном объеме, или изохорической теплоемкостью, и обозначается . Если при нагревании постоянным остается давление, то теплоемкость называется теплоемкостью при постоянном давлении (ее можно также назвать изобарической теплоемкостью).

Отметим, что для твердых тел непосредственному измерению доступна только теплоемкость при постоянном давлении, а не при постоянном объеме, так как из-за теплового расширения нельзя обеспечить постоянство объема тела. Однако вследствие малости изменения объема при нагревании различие между теплоемкостями

---

и мало.

При комнатных температурах теплоемкость твердых тел следует закону Дюлонга и Пти:

, (4.4)

где – универсальная газовая постоянная. Закон Дюлонга и Пти также называют законом постоянства теплоемкости. Этот закон был установлен эмпирически Пьером Дюлонгом и Алексисом Пти в 1819 году. Данный закон также получается теоретически из классических представлений для тел, обладающих кристаллической решеткой.

ОПИСАНИЕ МЕТОДА И РАБОТЫ

В калориметр, масса которого равна , содержащий воды при температуре , опускают образец вещества массой (удельную теплоемкость которого нужно определить), находящегося при температуре . Калориметр изготовлен из алюминия, удельная теплоёмкость которого _. Образец отдает излишек своей внутренней энергии путем теплообмена калориметру и воде, вследствие чего температура последней повышается до . Обозначим среднюю удельную теплоемкость исследуемого вещества через , удельную теплоемкость воды .

Количество теплоты, отданное образцом калориметру с водой, будет . Количество теплоты, полученное калориметром и водой от образца, равно Так как , то . Отсюда следует, что

. (4.5)

При выводе последней формулы 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 внешним 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 можно помещать в теплоизолирующий сосуд, ставя в нем на подставку из какого-нибудь плохо проводящего тепло вещества. Можно предварительно немного охлаждать калориметр и воду в нем так, чтобы калориметр получал от внешних тел столько же тепла в начале опыта, сколько отдает им, когда температура калориметра и воды становится выше температуры окружающей среды.
Рисунок 8. Сосуд для нагревания образца.


В ходе работы образец нагревается в специальном сосуде с наклонной трубкой, который ставится на электроплитку. В сосуд наливается вода так, чтобы она поднималась до середины трубки или хотя бы касалась трубки. В трубку, открывающуюся с обеих сторон, помещается испытуемое тело. При кипении воды в сосуде трубка и тело, находящееся в ней, нагревается до температуры кипения воды. Температура кипения воды может отличаться на 1-2 градуса от в зависимости от атмосферного давления в момент проведения опыта. Поэтому величина этой температуры определяется по соответствующей таблице. Тело помещается в трубку через её верхний конец, вынимается за привязанную нить.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА ИЗМЕРЕНИЙ

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

2. Взвесить испытуемое тело, определить его массу. Затем привязать к нему нить, опустить его в сквозную трубку сосуда.

3. Взвесив предварительно высушенный внутренний сосуд калориметра и, определив его массу, налить в него воды (2/3 от его объема) и снова взвесить. Определить массу налитой воды.

4. Подождав 5-10 мин. после начала кипения воды в сосуде, измерить температуру воды в калориметре (t₂) и вынуть термометр.

---

5. Продвинув калориметр к сосуду с водой, открыть сквозное отверстие и, потянув за нитку, быстро достать образец и опустить его в калориметр. При этом надо следить за тем, чтобы тело не касалось стенок или дна сосуда (калориметра). Кратковременные касания допустимы.

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. Измеряя атмосферное давление (Р), из таблицы найти температуру кипения воды (t₂).



Рисунок 9. Внешний вид установки.
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. Что такое классическая и квантовая теплоемкости?

ТАБЛИЦЫ

Таблица № 4.1

											c Δ c
1. 2. 3.
Ср. зн.

---

Таблица № 4.2 Температура кипения воды при различном давлении

Давление пара, мм.рт.ст.	Температура,	Давление пара, мм.рт.ст.	Температура,
700	97,71	750	99,63
710	98,11	760	100
720	98,49	770	100,37
730	99,88	780	100,73
740	99,26	790	101,09

ЛИТЕРАТУРА.

1. Савельев И.В. «Курс общей физики»: Учеб. пособие, т. 1, - М.: Наука, 1982.

2. Яковлев В. Ф.. Молекулярная физика. - М.: Наука, 1976.

3. Сивухин Д.В. «Общий курс физики», Т. II, - М.: Физматлит, 2005

5. 1   2   3   4   5   6   7

---