 |
Экспериментальная установка и методика измерений
|
|
|
|
Для экспериментального определения теплоемкости в данной лабораторной работе используется калориметрический метод. Калориметр представляет собой латунный корпус с коническим отверстием, куда вставляется исследуемый образец. На наружной поверхности корпуса в специальных пазах размещается нагревательная спираль. Калориметр закрывается теплоизолирующей крышкой.
После окончания эксперимента образец можно вытолкнуть из калориметра с помощью винта. Для удаления нагретого образца из калориметра используется специальная рукоятка.
Температура калориметра измеряется цифровым термометром, датчик которого находится в корпусе калориметра. Нагревательная спираль калориметра соединена с источником питания, мощность которого устанавливается регулятором «Нагрев». Напряжение и ток в цепи нагревателя измеряются вольтметром и амперметром. Секундомер приводится в действие при включении питания приборного блока. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 3.2.
Энергия, выделяющаяся при прохождении электрического тока за время 
, расходуется на нагревание образца и калориметра. Количество теплоты, выделяемое нагревателем, на основании закона Джоуля-Ленца и закона сохранения энергии определяется формулой:
, (3.10)
где 
– ток через нагреватель, U – напряжение на нагревателе, t – время нагрева калориметра с образцом; 
и 
– массы калориметра и исследуемого образца; 
и 
– удельные теплоемкости калориметра и исследуемого образца; 
– потери тепла.
 |
Рис. 3.2. Лабораторная установка для определения теплоемкости твердых тел:
1, 2 – измерительные блоки; 3 – подставка; 4 – калориметр; 5 – образцы;
|
|
|
6 – датчик температуры
Для исключения из расчетов количества теплоты, расходуемой на нагрев калориметра и потерь теплоты в окружающее пространство, необходимо при той же мощности нагревателя нагреть пустой калориметр (без образца) от такой же начальной температуры 
на такую же величину 
. Потери тепла в обоих случаях будут практически одинаковыми (
).
. (3.11)
Вычитая уравнение (3.11) из уравнения (3.10), получаем:
. (3.12)
Это уравнение может быть использовано для определения теплоемкости материала. Построим график зависимости разности времени нагрева калориметра с образцом и времени нагрева пустого калориметра 
от изменения температуры 
при нагреве. Угловой коэффициент этого графика 
позволяет определить удельную теплоемкость образца. Для определения молярной теплоемкости необходимо воспользоваться формулой:
, (3.13)
где 
– молярная масса исследуемого вещества. Данные для образцов, используемых в данной работе, приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Массы и молярные массы лабораторных образцов
| Материал образца | Молярная масса вещества, кг/моль | Масса образца, г |
| Дюраль | 
| |
| Латунь | 
| |
| Сталь | 
|
Эксперимент осуществляется в следующем порядке.
1. Включите установку тумблером «Сеть».
2. Пустой калориметр плотно закройте крышкой. Включите тумблер «Нагрев». С помощью регулятора «Нагрев» установите необходимое напряжение в сети. Запишите значения тока и напряжения на нагревателе.
3. При температуре 
0 С включите отсчет времени. Сделайте 7-10 измерений времени нагрева 
пустого калориметра через интервал 10 С.
4. Выключите тумблер «Нагрев», откройте крышку и охладите калориметр до начальной температуры 
.
5. Поместите в калориметр один из исследуемых образцов, взятый по указанию преподавателя. Плотно закройте крышку калориметра и подождите 3 мин для того, чтобы температуры калориметра и образца сравнялись.
|
|
|
6. Включите нагреватель калориметра, установив такое же напряжение в цепи, как и при нагреве пустого калориметра.
7. Включите отсчет времени при той же начальной температуре 
. Сделайте 7-10 измерений времени нагрева 
калориметра с образцом через интервал 10 С.
8. Регулятор «Нагрев» установите в крайнее левое положение, выключите тумблер, откройте крышку калориметра. Для удаления образца из калориметра винт вращайте вправо, после чего с помощью рукоятки выньте нагретый образец.
|
|
|
