Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 188
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский горный университетКафедра общей и технической физикиОтчет по лабораторной работе №10По дисциплине ФИЗИКА(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)Тема: Определение теплоемкости твердых телАвтор: студент гр. РГИ-20 ___________ Кирюшкин Е.Ю.(подпись) (Ф.И.О.)Дата: 17.11.2020Проверил: доцент _____________ / Кожокарь М.Ю. /(должность) (подпись) (Ф.И.О.)Санкт-Петербург2020 Цель работыИзмерение зависимости повышения температуры исследуемого образца в муфельной печи от времени;Вычисление по результатам измерений теплоемкости исследуемого образца.Краткие теоретические сведения Явление, изучаемое в работе: ТеплопередачаОпределения (основных физических понятий, процессов, объектов и величин):Теплоемкость тела - количество теплоты, которое необходимо для нагревания единичного количества вещества. ,где Q - количество теплоты, Дж - температура тела, KУдельная теплоёмкость вещества - количество тепловой энергии, необходимой для повышения температуры одного килограмма вещества на один градус Цельсия. , где m - масса тела, кгТ – температура тела, ККоличество теплоты
- энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.Температура тела - физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы и определяющая направление теплообмена между телами.Напряжение - это отношение работы А сил электрического поля при перемещении электрического заряда q из одной точки в другую к заряду q. ,Вгде q –заряд, КлA – работа сил электрического поля, ДжСила тока - это величина I, равная отношению заряда , переносимого через поперечное сечение проводника за малый интервал времени , к этому интервалу времени. , Агде t – время, сМасса - мера инертности тела, при поступательном движении.Законы и соотношения, лежащие в основе вывода расчётной формулы:Закон Джоуля - Ленца - количество теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения токаQ= I *R*t, Джгде R – сопротивление проводника, ОмЗакон Ома - сила тока прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку цепи, и обратно пропорциональна сопротивлению проводника:где I-сила тока, AR – сопротивление проводника, ОмU – Напряжение проводника, ВОпределение теплоемкости тел обычно производится путем регистрации количества тепла Q, полученного телом, и соответствующего изменения температуры этого тела dT.
Схема установки1.муфельная печь2.электронагреватель3.вентилятор обдува4.термопара5.цифровой термометр6.регулируемый источник питания7.выключатель нагрева 8.таймерОсновные расчетные формулы1)Суммарная теплоемкость печи и образца:где U2 – напряжение на источнике питания при нагревании печи с образцом, ВI2 – сила тока при нагревании печи с образцом, А - скорость изменения температуры при нагревании печи с образцом, 2)Теплоёмкость печи:где U1 – напряжение на источнике питания при нагревании пустой печи, ВI1 – сила тока при нагревании пустой печи, А - скорость изменения температуры при нагревании пустой печи, 3)Теплоёмкость образца:4)Удельная теплоёмкость образца:где m – масса образцаИсходные данные:Образец – железный брусокm = 1кг, U = 205В, I = 4,1AТаблица результатов измерений и вычислений:
Погрешности прямых измерений: T=0,1 K, U=1 В, I=0,01 А, t=1 с.Вычисления: = ;;; ;Вычисление погрешностей косвенных измерений:Графический материалРезультатРасхождение практических и теоретических значений:,где сх – справочное значение удельной теплоёмкости материала образца.Вывод: По построенному графику можно увидеть, что с повышением температуры скорость нагрева образца в печи линейно замедляется. Полученное из вычислений экспериментальное значение расходится с теоретическим с относительной погрешность 5,35%. Возможные причины расхождения полученного результата с эталоном: малое количество опытов, человеческий фактор, неточность приборов.
- энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.Температура тела - физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы и определяющая направление теплообмена между телами.Напряжение - это отношение работы А сил электрического поля при перемещении электрического заряда q из одной точки в другую к заряду q. ,Вгде q –заряд, КлA – работа сил электрического поля, ДжСила тока - это величина I, равная отношению заряда , переносимого через поперечное сечение проводника за малый интервал времени , к этому интервалу времени. , Агде t – время, сМасса - мера инертности тела, при поступательном движении.Законы и соотношения, лежащие в основе вывода расчётной формулы:Закон Джоуля - Ленца - количество теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения токаQ= I *R*t, Джгде R – сопротивление проводника, ОмЗакон Ома - сила тока прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку цепи, и обратно пропорциональна сопротивлению проводника:где I-сила тока, AR – сопротивление проводника, ОмU – Напряжение проводника, ВОпределение теплоемкости тел обычно производится путем регистрации количества тепла Q, полученного телом, и соответствующего изменения температуры этого тела dT.
Схема установки1.муфельная печь2.электронагреватель3.вентилятор обдува4.термопара5.цифровой термометр6.регулируемый источник питания7.выключатель нагрева 8.таймерОсновные расчетные формулы1)Суммарная теплоемкость печи и образца:где U2 – напряжение на источнике питания при нагревании печи с образцом, ВI2 – сила тока при нагревании печи с образцом, А - скорость изменения температуры при нагревании печи с образцом, 2)Теплоёмкость печи:где U1 – напряжение на источнике питания при нагревании пустой печи, ВI1 – сила тока при нагревании пустой печи, А - скорость изменения температуры при нагревании пустой печи, 3)Теплоёмкость образца:4)Удельная теплоёмкость образца:где m – масса образцаИсходные данные:Образец – железный брусокm = 1кг, U = 205В, I = 4,1AТаблица результатов измерений и вычислений:
| Физ. величина | | T1 |  | T2 |  | Cп | С | С0 | с |
| Ед. изм. № опыта | c | K | | K | |  | | |  |
| 1 | 40 | 350 | 0,35 | 326 | -0,19 | 590 | 1019 | 420,25 | 420,25 |
| 2 | 40 | 392 | 0,05 | 353 | -0,39 | 800 | 1245 | ||
| 3 | 40 | 423 | -0,25 | 376 | -0,55 | 1085 | 1462 | ||
| 4 | 40 | 445 | -0,60 | 395,5 | -0,72 | 1528 | 1724 | ||
| 5 | 40 | 461 | -0,92 | 412 | -0,87 | 2101 | 2038 | ||
| 6 | 40 | 472,5 | -1,25 | 426 | -1,05 | 2923 | 2401 | ||
| 7 | 40 | 481 | -1,55 | 438 | -1,20 | 3955 | 2802 | ||
| 8 | 40 | 487 | -1,90 | 448 | -1,39 | 5603 | 3362 | ||
| 9 | 40 | 491,4 | -2,21 | 456,4 | -1,56 | 7641 | 4002 | ||
| 10 | 40 | 494,6 | -2,53 | 463,5 | -1,73 | 10506 | 4735 |
Погрешности прямых измерений: T=0,1 K, U=1 В, I=0,01 А, t=1 с.Вычисления: = ;;; ;Вычисление погрешностей косвенных измерений:Графический материалРезультатРасхождение практических и теоретических значений:,где сх – справочное значение удельной теплоёмкости материала образца.Вывод: По построенному графику можно увидеть, что с повышением температуры скорость нагрева образца в печи линейно замедляется. Полученное из вычислений экспериментальное значение расходится с теоретическим с относительной погрешность 5,35%. Возможные причины расхождения полученного результата с эталоном: малое количество опытов, человеческий фактор, неточность приборов.