Описание лабораторной установки.

Общий вид комплекса ЛКТ-9 приведён на рис.1. Основной элемент комплекса – электрочайник, используемый в качестве нагревателя. Пульт управления установки позволяет измерять интервалы времени - секундомером, температуру – мультиметром.

Рис.1 Комплекс ЛКТ-9

1-электрический чайник, 2-секундомер, 3-мультиметр, 4-термопара к мультиметру,5-инженерный калькулятор,6- мензурка мерная 1000мл

4.Порядок выполнения лабораторной работы

Задание 1. Определение теплоемкости воды и теплоёмкости чайника.

1. Подготовьте два мерных стакана (мензурки) и залейте в каждый по 1 л (10^{-3 м3}) холодной воды.
2. Залейте в чайник 1 л (10^{-3 м3}) холодной воды. Через 1-2 минуты измерьте температуру залитой воды Т₁. Для этого:

а) Включите мультиметр на значение «⁰С ».

б) Подсоедините термопару так, чтобы красный штекер провода входил в порт «VΩΑ», а черный - в порт «com». Провод, отходящий от термопары, закрепите на задней стенке установки на клемму «заземление».

в) Опустите конец термопары в воду и снимите показания мультиметра.

3. Включите установку в сеть. Затем включите чайник (на чайнике загорится красный индикатор) одновременно включив секундомер.

4. Зафиксируйте секундомером время t₁ , за которое закипит чайник.

5. Опустите термопару в закипевший чайник и измерьте температуру кипящей воды Т₂ мультиметром.

6. Выключите чайник и в течении t₂=3 минут проследите по мультиметру за остыванием воды до температуры Т₃. Рассчитайте мощность потерь W^’ по формуле (5), считая, что мощность нагревателя W=1916 Вт.

7. Опустите термопару во второй мерный стакан (мензурку) с холодной водой и измерьте температуру Т₅.

8. Вылейте горячую воду из чайника в пустой мерный стакан (мензурку) и быстро залейте в чайник 1 л (10^{-3 м3}) холодной воды из второй мензурки.

9. После заливки вода через 1-2 минуты прогреется до температуры Т₆ и измерьте эту температуру термопарой. По формулам (7) и (8) определите теплоёмкость воды С_вод и теплоемкость чайника С_ч.

10. Результаты измерений представьте в виде:

РЕЗУЛЬТАТЫИЗМЕРЕНИЙ

Начальный объем воды V₀=1 л (10^{-3 м3})

Температура холодной воды Т₁= _________⁰С

Время нагревания до кипения t₁=__________с

Температура кипения Т₂= _________⁰С

Температура после остывания Т₄= Т₃= _________⁰С

Темпер. холодной воды во втором стакане Т₅= _________⁰С

Температура после прогрева в чайнике Т₆= _________⁰С

Теплоёмкость воды экспериментальная С_вод=___________кДж/К

Табличное значение теплоёмкости воды С_табл= 4.18 кДж/К

Теплоёмкость чайника С_ч=___________кДж/К

11. Сравните табличное и экспериментальное значение теплоёмкости воды. Оцените абсолютную и относительную ошибку измерения С_вод воды относительно табличного значения.

Задание 2. Определение коэффициента объёмного расширения воды и удельной теплоты парообразования.

1. Подготовьте два мерных стакана (мензурки) и залейте в каждый по 1 л (10^{-3 м3}) холодной воды. Затем из одного из мерных стаканов залейте 1 л (10^{-3 м3}) холодной воды в чайник.
2. Через 1-2 минуты измерьте температуру залитой воды в чайнике Т₁ при помощи термопары (см. п.2 задание 1).
3. Вскипятите воду в чайнике и быстро перелейте её в пустой мерный стакан (мензурку). Измерьте температуру Т₂ и объем горячей воды V₂ по шкале на мерном стакане (мензурке), при необходимости используя миллиметровую линейку. Вычислите средний коэффициент объёмного расширения воды β, используя формулу (11).
4. Залейте 1 л (10^{-3 м3}) холодной воды из второй мензурки в чайник. Доведите воду в чайнике до кипения. После чего включите секундомер и кипятите её в течении времени t₂=4 минуты, придерживая выключатель чайника (для удержания выключателя используйте отвёртку).
5. Вылейте воду из чайника в мерный стакан в мерный стакан и опустите в стакан термопару. Проследите по мультиметру за остыванием воды до температуры Т₂ и измерьте её объем V₃ по шкале мерного стакана, при необходимости используя миллиметровую линейку.
6. Используя формулу (12) для определения объема воды V_1, приведённой к температуре Т₁, оставшейся в чайнике после вскипания, и формулу (13) для определения массы выкипевшей жидкости, рассчитайте удельную теплоту испарения воды L по формуле (10).
7. Результаты представьте в виде:

РЕЗУЛЬТАТЫИЗМЕРЕНИЙ

Начальный объем воды V₀=1 л (10^{-3 м3})

Температура холодной воды Т₁= _________⁰С

Температура после выливания Т₂= _________⁰С

Объем вылитой горячей воды V₂=_________л(10^{-3 м3})

Коэффициент объёмного расширения воды β=__________К^-1

Объём горячей воды после кипения V₃=_________л(10^{-3 м3})

Приведённый объем воды после выкипания V₁=_________л(10^{-3 м3})

Масса выкипевшей воды М=_________кг

Удельная теплота испарения экспериментальная L _экс=_____МДж/кг

Удельная теплота испарения табличная L _таб=2.26 МДж/кг

10. Сравнить полученные и табличные данные удельной теплоты испарения воды. Определить абсолютную и относительную ошибку измерения L _экс относительно табличных данных.

Контрольные вопросы:

1. Какой процесс называется кипением? Этапы кипения.
2. Что такое удельная теплота парообразования? В каких единицах измеряется, от чего зависит?
3. Что такое теплоёмкость, удельная теплоёмкость, молярная теплоёмкость?
4. Что такое фазовый переход первого рода? Чем он характеризуется? Примеры.
5. Что такое мощность потерь в данной работе?
6. Что характеризует коэффициент объёмного расширения, от чего зависит, в каких единицах измеряется?
7. Записать и пояснить уравнения теплового баланса при нагревании, остывании и кипении жидкости в чайнике.
8. Почему средняя мощность потерь может быть принята равной половине мощности потерь при остывании нагретой до максимальной температуры. Как меняется мощность потерь при увеличении температуры тела?