ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ ЖИДКОСТИ ПРИ ПОМОЩИ ЭЛЕКТРОКАЛОРИМЕТРА
Отредактировал: Кораблев Г.А.
Ижевск 2014
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ЖИДКОСТИ ПРИ ПОМОЩИ ЭЛЕКТРОКАЛОРИМЕТРА
Цель работы: ознакомление с калориметрическим методом определения удельной теплоемкости жидкости.
Приборы и принадлежности: 1) два электрокалориметра с термометрами; 2) исследуемая жидкость; 3) вода.
Количество теплоты, необходимое для нагревания тела на один градус, называется теплоёмкостью данного тела, измеряется в СИ: Дж/К. Количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на один градус, называется удельной теплоемкостью вещества и обозначается буквой суд, измеряется в СИ: Дж/(кг.К). Количество теплоты, необходимое для нагревания одного моля вещества на один градус, называется молярной теплоемкостью вещества и обозначается буквой См, измеряется в СИ: Дж/(моль.К). Удельная и молярная теплоёмкости связаны между собой соотношением См = М.суд, где М – молекулярная масса данного вещества.
В данной работе определяется удельная теплоёмкость жидкости при помощи электрокалориметра. Метод электрокалориметра состоит в следующем: два калориметра, сделанных из одинакового материала, содержат различные жидкости. В первом калориметре находится вода, удельная теплоёмкость которой известна, а во втором – жидкость, удельную теплоёмкость которой требуется определить (см. рис. 1).
В оба калориметра опущены спирали, имеющие одинаковое электрическое сопротивление R. Если соединить спирали последовательно и пропустить через них электрический ток, то сила тока I, проходящего через обе спирали, будет одинакова. При этом спирали, нагреваясь, через некоторое время t передадут жидкостям равные количества теплоты . Количество теплоты, полученное калориметром с водой:
Q1 = (c1m1 + cвM1).(t2 – t1) (1)
Количество теплоты, полученное калориметром с исследуемой жидкостью:
Q2 = (c2m2 + cжM2).(t4 – t3) (2)
В формулах (1) и (2) введены следующие обозначения: М1 и М2 – массы воды и исследуемой жидкости в калориметрах; m1 и m2 – массы калориметров (вместе с мешалками); с1 и с2 – их теплоемкости; сж – теплоёмкость исследуемой жидкости, св – теплоёмкость воды, t1 и t2 – температура воды в начале и в конце опыта; t3 и t4 – температуры исследуемой жидкости в начале и в конце опыта.
Приравнивая Q1 и Q2, получим формулу для расчета удельной теплоёмкости исследуемой жидкости:
Для избежания ошибок, связанных с возможным незначительным изменением сопротивлений нагревателей, измерение удельной теплоёмкости жидкости проводят несколько раз.
Для уменьшения потерь на отдачу теплоты в окружающую среду, нагревание жидкостей, налитых в калориметры, рекомендуется проводить не выше, чем на 6-70С, а для получения точного результата не ниже, чем на 4-50С.
Порядок выполнения работы
1. Проверить наличие жидкостей в обоих калориметрах. Определить начальные температуры t1 и t3 жидкостей в обоих калориметрах и включить ток на 1,5-2 минуты, пока жидкость не нагреется на 2-30С. Во время прохождения тока, жидкости помешиваются мешалками. В конце опыта определяются конечные температуры t2 и t4 жидкостей. Указать погрешность температуры. Результаты занести в таблицу. Опыт повторить не менее 3-х раз.
Таблица Измерение основных величин и вычисление
удельной теплоёмкости жидкости
№ изм. | Вода | Исследуемая жидкость | Удельная теплоёмкость жидкости и её погрешности | |||||
t1 | t2 | t3 | t4 | Δt | сж | Δсж | Есж | |
3. Определить удельную теплоёмкость жидкости по формуле:
,
где св = (4190 1) Дж/(кг.К) – удельная теплоёмкость воды,
с1 = с2 = (888 1) Дж/(кг.К) – удельная теплоёмкость калориметра,
М1 = (163,2 0,1) г – масса воды,
М2 = (156,5 0,1) г – масса исследуемой жидкости,
m1 = m2 = (36,81 0,01) г – массы калориметров (вместе с мешалками).
4. Рассчитать абсолютную и относительную погрешности по формулам:
Результаты занести в таблицу.
5. Округлив полученные результаты, записать ответ по форме:
Ответ: удельная теплоёмкость жидкости равна:
сж = (<сж>± Dсж) ед. измерения.
Пример. Ответ: момент инерции цилиндра равен:
I = (0,370 ± 0,001) кг×м2.
Контрольные вопросы
1. Дать определение теплоемкости, удельной и молярной теплоёмкостей.
2. В каких единицах измеряются теплоёмкость, удельная и молярная теплоёмкости?
3. Вывести расчётную формулу для удельной теплоёмкости жидкости.
Литература
1. И.В.Савельев. Курс общей физики. М., 1982, т.1, § 87.
2. Г.А. Зисман, О.М. Тодес. Курс общей физики. М., 1972, т.1, §§32, 33.
3. Р.И. Грабовский. Курс физики. М., 1980, §§39, 46.