Лабораторная работа № 2.25 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ

Лабораторная работа № 2.25
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Принадлежности: калориметр, нагреватель, весы с разновесами, термометр,
исследуемое тело.
Цель работы. Определение опытным путём удельной теплоёмкости твёрдого тела.
Теория и метод измерений
При нагревании или охлаждении твёрдого тела его внутренняя энергия изменяется.
Мерой изменения внутренней энергии тела в процессе теплообмена является количество
теплоты.
Опыт показывает, что количество теплоты, необходимое для нагревания данного тела,
пропорционально его массе m и изменению температуры t изменение внутренней
энергии твёрдого тела зависит от массы тела m1, изменения его температуры и от рода
вещества, т.е.
Q=mct
(1)
где Q –количество теплоты (изменение внутренней энергии); m – масса тела. Здесь c –
удельная теплоёмкость вещества. t – изменение его температуры.
Удельная теплоёмкость – физическая величина, численно равная количеству
теплоты, необходимого для нагревания единицы массы вещества на один градус. Единица
удельной теплоёмкости – джоуль на килограмм-кельвин (Дж/(кгК)).
Удельная теплоёмкость вещества не является его однозначной характеристикой. В
зависимости от условий, при которых осуществляется теплопередача, а именно от
значения работы, сопровождающей этот процесс, одинаковое количество теплоты,
переданное телу, может вызвать различные изменения его внутренней энергии и,
следовательно, температуры. В таблицах обычно приводятся данные об удельной
теплоёмкости вещества при условии постоянного объёма тела, т.е. при условии равенства
нулю работы внешних сил.
Для определения удельной теплоёмкости твёрдого тела применяется
калориметрический метод, основанный на явлении теплообмена.
Сначала тело известной массы m нагревают до определённой температуры t1.
Для этого помещают тело в сосуд с кипящей водой на несколько минут так, чтобы
температуры воды и твердого тела уравнялись. Температура кипящей воды определяется
по таблицам зависимости температуры кипения воды от атмосферного давления. Таким
образом, мы определяем начальную температуру тела перед помещением его в
калориметр.
После этого тело опускают в калориметр с водой, начальная температура которой t.
При этом внутренняя энергия калориметра и воды увеличивается, калориметр с водой
нагреваются, а внутренняя энергия тела уменьшается, температура тела уменьшается. .
Наконец, температуры обоих контактирующих тел - калориметра с водой и тела –
становятся одинаковыми и равными θ. Уравнение теплового баланса при выравнивании
температур Пренебрегая излучением, на основании закона сохранения энергии, имеем:
Q1 = Q2
(2)
где Q1 - количество теплоты, которое получает калориметр с водой; Q2 – количество
теплоты, которое получает или отдаёт тело.
Или
(m1c1 + m2c2)( - t) = mc(t1 - )
(3)
Это уравнение называется уравнением теплового баланса.
Отсюда
с
m1c1  m2c2   t 
mt1   
(4)
где с1 и с2 – удельные теплоёмкости воды и вещества калориметра; m1 и m2 – их массы;  конечная температура воды и калориметра; t - начальная температура воды и
калориметра; t1 – температура воды после нагревания.
Измерения и обработка результатов
1. Определить массу калориметра m1, воды m2 и тела m на технических весах (с
точностью до 0,1 г).
2. Погрузить исследуемое тело в воду и нагреть его. Нагреть исследуемое тело до
температуры кипения воды t1. Тело должно находиться в воде до тех пор, пока оно
не примет температуру кипящей воды.
Температуру кипения воды t1 определяют следующим образом. По барометру
определяют атмосферное давление. Затем по таблицам определяют температуру
кипения воды при этом атмосферном давлении.
3 Измерить начальную температуру воды и калориметра t.
3. Опустить нагретое до 100 С исследуемое тело в калориметр; помешивая воду
мешалкой, заметить показания термометра в тот момент, когда температура воды
перестанет повышаться. Это будет установившаяся температура θ.
4. Опыт повторить три раза при различной начальной температуре воды и
калориметра.
5. По формуле (4) вычислить удельную теплоёмкость исследуемого тела.
6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
c1,
c2,
c,
c,
№ m, m1, m2,
Е,
Дж
Дж
Дж
Дж
t
t1
cі
c

п/п кг кг
кг
%
кг  К
кг  К
кг  К
кг  К
1
2
4190
3
Окончательный результат записать в виде:
Дж
с=(сс)
при =0,9
кг  К
1.
2.
3.
4.
Контрольные вопросы
Что называется удельной теплоемкостью?
Поясните уравнение теплового баланса.
Как изменяется температура кипения воды в зависимости от атмосферного
давления?
Как теплоёмкость зависит от характера термодинамического процесса?