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.
- Подготовьте два мерных стакана (мензурки) и залейте в каждый по 1 л (10-3 м3) холодной воды.
- 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 Свод и теплоемкость чайника Сч.
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 Свод=___________кДж/К
Табличное значение теплоёмкости воды Стабл= 4.18 кДж/К
Теплоёмкость чайника Сч=___________кДж/К
11. Сравните табличное и экспериментальное значение теплоёмкости воды. Оцените абсолютную и относительную ошибку измерения Свод воды относительно табличного значения.
Задание 2. Определение коэффициента объёмного расширения воды и удельной теплоты парообразования.
- 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.
- Через 1-2 минуты измерьте температуру залитой воды в чайнике Т1 при помощи термопары (см. п.2 задание 1).
- 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).
- 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).
- 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.
- Используя формулу (12) для определения объема воды V1, 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).
- 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:
- Какой процесс называется кипением? Этапы кипения.
- Что такое удельная теплота парообразования? В каких единицах измеряется, от чего зависит?
- Что такое теплоёмкость, удельная теплоёмкость, молярная теплоёмкость?
- Что такое фазовый переход первого рода? Чем он характеризуется? Примеры.
- Что такое мощность потерь в данной работе?
- Что характеризует коэффициент объёмного расширения, от чего зависит, в каких единицах измеряется?
- Записать и пояснить уравнения теплового баланса при нагревании, остывании и кипении жидкости в чайнике.
- 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?