Г.Г. Спирин - Механика, молекулярная физика и термодинамика (1012842), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Почему при распространении звука в закрытой трубе могутобразовываться узлы и пучности? При каком условии они образуются?3. Зависит ли отношение теплоемкостей = СР/СV для воздуха оттемпературы в исследуемом интервале температур? Будет линаблюдаться такая зависимость при изменении температуры от оченьмалых значений до 1000 С?ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 45Исследование теплоемкости твердых телЦель работы: определение теплоемкости образцов металловметодом электрического нагрева.171Методика измеренийСогласно (4.13) теплоемкостью тела называется величина, равнаяколичеству теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы повыситьего температуру на один Кельвин. В небольшом интервале температурТ теплоемкость тел можно считать постоянной, тогдаQС.(4.72)ТТеплоемкость единицы массы вещества называется удельнойтеплоемкостью (4.15)Сс уд.(4.73)mТеплоемкость одного моля вещества называется молярнойтеплоемкостью (4.14).
Она может быть определена по формуле(4.74)Смол c уд ,где - молярная масса вещества.Для определения теплоемкости тела оно помещается в калориметр.При достаточно медленном нагревании калориметра в фиксированныймомент времени температура во всех точках калориметра иисследуемого образца одинакова. Тогда уравнение теплового балансаможно записать в видеQ = Qк + Qт + Q1,(4.75)где Q - количество теплоты, переданное нагревательной спиралью, Qк количество теплоты, затраченное на нагревание калориметра, Qт количество теплоты, затраченное на нагревание исследуемого тела,Q1 - потери теплоты в теплоизоляцию калориметра и в окружающуюсреду при нагревании калориметра с образцом.Переданное нагревателем количество теплоты будетQ = iu ,(4.76)где i - ток, u - напряжение на нагревательном элементе, - интервалвремени, за который температура калориметра и образца изменяется на t.Количество теплоты, затраченное на нагревание калориметра,может быть определено при нагревании пустого калориметра (безобразца).
В этом случае уравнение теплового баланса имеет видiu 0 = Qк + Q2,(4.77)где Q2 - потери тепла в теплоизоляцию и окружающую среду принагревании пустого калориметра, 0 - интервал времени, за которыйтемпература калориметра (без образца) изменяется на t.При условии постоянства мощности источника питаниянагревательного элемента из уравнений (4.75) – (4.77) получаем172(4.78)iu(( Q1Q2 ).0 ) QтПоскольку температура защитного кожуха калориметра во времяэксперимента практически равна комнатной, можно допустить, чтопотери теплоты малы по сравнению с количеством теплоты, затраченнойна нагревание исследуемого тела и калориметра.
Это тем болеесправедливо для разности тепловых потерь при нагреваниикалориметра с образцом и пустого калориметра ( Q1 – Q2) в одном и томже интервале температур. Тогда вторым слагаемым в уравнении (4.78)можно пренебречь:IU( – 0) = Qт.(4.79)Полагая, что теплоемкость образца в рабочем интервале температурt = t t0 ( t < 20 С) постоянна, согласно формуле (4.72) получаемлинейную зависимость времени нагревания от изменения температурыисследуемого образца:iu( – 0) = С(t – t0).(4.80)Зависимость (4.80) может быть проверена экспериментально.Построив график ( – 0) = f(t – t0), необходимо для двух достаточноудаленных точек A и Б на графике определить угловой коэффициент kнаклона прямой к оси абсцисс((0 )Б0 )A.(4.81)k(t t 0 ) Б (t t 0 ) AТогда теплоемкость образца можно рассчитать по формуле:С k iu.(4.82)Экспериментальная установка524температура31Vвремя7нагревAкалькуляторРис.
4.136сеть173Для определения теплоемкости твердых тел предназначенаэкспериментальная установка, общий вид которой приведен нарис.4.13. Нагревание исследуемых образцов 1 производится вкалориметре 2, схема которого приведена на рис.4.14.582 314ИПТVA76Рис. 4.14Как показано на рис.4.14, калориметр представляет собой корпус 2с коническим отверстием, куда помещается исследуемый образец 1. Нанаружной поверхности корпуса в специальных пазах размещенанагревательная спираль 3.
Снаружи корпус калориметра закрыттеплоизолированным кожухом 4. Крышка 8 калориметра такжетеплоизолирована.Рычаг 6 и рукоятка 5 предназначены для удаления образцов изконической полости после окончания эксперимента. Для измерениятемпературы калориметра в его корпусе находится датчик температуры7. Температура регистрируется на цифровом индикаторе.Таблица 4.10№ п.пМатериал образцаМолярная масса(кг/моль)1Дюраль26,98 10–32Латунь63,57 10–33Сталь55,85 10–3174Исследуемые образцы размещены в гнездах в первом ряду(рис.4.13). На торцевой поверхности образца нанесено значение егомассы.
Молярные массы образцов приведены в табл.4.10.После окончания нагревания для более быстрого охлаждениякалориметра могут быть использованы образцы, размещенные вгнездах во втором ряду, которые последовательно помещаются вкалориметр.Порядок выполнения работы1. Снять кожух с рабочего элемента установки и повесить его навинты задней панели. Включить установку тумблером «Сеть».2.
Плотно закрыть крышку пустого калориметра и включитьнагреватель. Установить регулятор мощности источника питания 7(рис.4.13) в положение «4» или «5».3. При температуре калориметра t0 = 25 С включить секундомер.Произвести 7 – 10 измерений времени нагревания пустого калориметра0 через 1 С (т.е.
при температурах калориметра t = 26 С, 27 С и т.д.).Показания приборов занести в табл.4.11, при этом изменениетемпературы калориметра рассчитать по формуле t = t – t0 .4. Выключить нагреватель и охладить калориметр до начальнойтемпературы t0. Для более быстрого остывания калориметра дотемпературы t0 последовательно помещать в него образцы,расположенные во втором ряду (без маркировки массы). Извлечениеобразцов из калориметра производить рукояткой 5 (рис.4.14) приповороте рычага 6 в крайнее правое положение.Таблица 4.11№uit0t(t–t0)п.пBACCC( – 0)с0cсСДжКcудСмолДжкг KДжмоль K12345675.
Повернув рычаг 6 в левое положение, поместить в калориметродин из исследуемых образцов, взятый по указанию преподавателя.175Плотно закрыть крышку калориметра и в течение 3...5 минутподождать выравнивания температур калориметра и образца.6. Включить нагреватель калориметра, установив то же значениенапряжения в цепи, что и при нагревании пустого калориметра.7. Включить секундомер при той же начальной температуре t0,что и при нагревании пустого калориметра. Сделать 7 – 10 измеренийвремени нагревания калориметра с образцомчерез интервалтемпературы 1 С. Показания секундомера занести в табл.4.11.8.
Выключить нагреватель, открыть крышку калориметра и вынутьобразец.9. Построить график ( – 0) = f(t – t0), откладывая по оси ординатразность времени нагревания калориметра с образцом и пустогокалориметра ( – 0), а по оси абсцисс - изменение температурыкалориметра (t – t0). По нанесенным опытным точкам провестиусредненную прямую и по формуле (4.81) определить угловойкоэффициент k наклона прямой к оси абсцисс.10. По формуле (4.82) рассчитать теплоемкость С образца.11. По формулам (4.73) и (4.74) определить удельную c уд имолярную Cмол теплоемкости образца, используя для этого данныетабл.
4.10.12. Оценить погрешность результатов измерений.13. Выключить установку тумблером “Сеть”.Контрольные вопросы1. В чем заключается метод электрического нагрева дляопределения теплоемкости твердых тел?2. Почему в данной работе нагревание пустого калориметра икалориметра с образцом производится при одной и той же мощностиисточника питания нагревательного элемента?3. Рассчитайте согласно закону Дюлонга и Пти удельные27теплоемкости алюминия Al13и железа Fe5626 .Вопросы по разделу 41. Какой газ называется идеальным? Уравнение состоянияидеального газа, границы его применимости.2.
Что такое изопроцессы и каким законам они подчиняются?3. Первое начало термодинамики, его физический смысл.4. Расчет работы, совершаемой газом, и его внутренней энергии.5. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.1766. Что называется теплоемкостью вещества, а также удельной имолярной теплоемкостью?7. Как связаны молярные теплоемкости C моли CмолV ? ВывестиPсоотношение Майера.8.
Каков физический смысл универсальной газовой постоянной?9. Адиабатический процесс. Вывод уравнения Пуассона.10. Первое начало термодинамики и работа газа в адиабатическомпроцессе.11. Что называется числом степеней свободы молекул? В чемзаключается закон равномерного распределения энергии по степенямсвободы молекул?12. Расчет теплоемкостей C моли Cмолидеального газа.PV13.
Расчет теплоемкости твердых тел. Закон Дюлонга и Пти.14. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия, ее физическийсмысл.15. Второе начало термодинамики. Его формулировки ифизический смысл.16. Тепловые двигатели. К.п.д. теплового двигателя.17. Цикл Карно. К.п.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
