8 (972205)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Лабораторная работа №8ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛЦель работы – определение теплоемкости образцов металлов калориметрическим методом с использованием электрического нагрева.Теория методаИз теории идеального газа известно, что средняя кинетическая энергияодноатомных молекул (изолированных частиц)3< ЕК >= ⋅ k ⋅ T ,2где k – постоянная Больцмана.Тогда среднее значение полной энергии частицы при колебательномдвижении в кристаллической решетке< U 0 >= 3 ⋅ k ⋅ T .Полную внутреннюю энергию одного моля твердого тела получим умножив среднюю энергию одной частицы на число независимо колеблющихсячастиц, содержащихся в одном моле, т.е.

на постоянную Авогадро NA:U =< U 0 > ⋅ N A = 3 ⋅ N A ⋅ k ⋅ T = 3 ⋅ R ⋅ T ,(8.1)где R – универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/(моль·К).Для твердых тел вследствие малого коэффициента теплового расширениятеплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме практически неразличаются. Поэтому, учитывая (8.1), молярная теплоемкость твердого телаdU(8.2)µ ⋅ С = µ ⋅ СV == 3 ⋅ R.dTПодставляя численное значение молярной газовой постоянной, получим:µC = 25 Дж/(моль·К)Это равенство, называемое законом Дюлонга и Пти, выполняется с довольно хорошим приближением для многих веществ при комнатной температуре.Со снижением температуры теплоемкости всех твердых тел уменьшаются, приближаясь к нулю при T→0.

Вблизи абсолютного нуля молярная теплоемкостьвсех тел пропорциональна Т3, и только при достаточно высокой, характерной длякаждого вещества температуре начинает выполняться равенство (8.2). Эти особенности теплоемкостей твердых тел при низких температурах можно объяснитьс помощью квантовой теории теплоемкости, созданной Эйнштейном и Дебаем.Для экспериментального определения теплоемкости исследуемое телопомещается в калориметр, который нагревается электрическим током. Если температуру калориметра с исследуемым образцом очень медленно увеличивать отначальной Т0 на ∆Т, то энергия электрического тока пойдет на нагревание образцаи калориметра:J ⋅ U ⋅ τ = m0 ⋅ c0 ⋅ ∆T + m ⋅ c ⋅ ∆T + ∆Q,(8.3)где J и U – ток и напряжение нагревателя; τ – время нагревания; m0 и m – массыкалориметра и исследуемого образца, c0 и с – удельные теплоемкости калориметра и исследуемого образца, ∆Q – потери тепла в теплоизоляцию калориметра и вокружающее пространство.Для исключения из уравнения (8.3) количества теплоты, расходованнойна нагрев калориметра, и потери теплоты в окружающее пространство, необходимо при той же мощности нагревателя нагреть пустой калориметр (без образца)от начальной температуры Т0 на ту же разность температур ∆Т.

Потери тепла вобоих случаях будут практически одинаковыми и очень малыми, если температура защитного кожуха калориметра в обоих случаях постоянная и равна комнатной:J ⋅ U ⋅ τ 0 = m0 ⋅ c0 ⋅ ∆T + ∆Q0 ,(8.4)Из уравнений (8.3) и (8.4) вытекаетJ ⋅ U ⋅ (τ − τ 0 ) = m ⋅ c ⋅ ∆T .(8.5)Уравнение (8.5) может быть использовано для экспериментального определения удельной теплоемкости материала исследуемого образца. Изменяя температуру калориметра, необходимо построить график зависимости разности времени нагрева от изменения температуры исследуемого образца: (τ-τ0) = f(∆T), поm⋅cможно определить удельную тепJ ⋅Uугловому коэффициенту которого Кα =лоемкость образца.Материал образцаДюральЛатуньСтальАтомная масса, кг/моль26,98·10-363,57·10-355,85·10-3Экспериментальная установкаДля определения теплоемкости твердых тел предназначена экспериментальная установка ФПТ1-8, общий вид которой показан на рис.

8.1.Образцы нагреваются в калориметре, схема которого показана на рис. 8.2.Калориметр представляет собой латунный корпус с коническим отверстием, куда вставляется исследуемый образец. На наружной поверхности корпусав специальных пазах размещается нагревательная спираль. Снаружи корпус калориметра теплоизолирован слоями асбеста и стекловолокна и закрыт алюминиевым кожухом.

Калориметр закрывается теплоизолирующей крышкой. Исследуемые образцы расположены в гнездах в блоке рабочего элемента 2. После окончания эксперимента образец можно вытолкнуть из конического отверстия корпусакалориметра с помощью винта. Для удаления нагретого образца из калориметра иустановки образца в нагреватель используется рукоятка, расположенная в специальном гнезде рядом с исследуемыми образцами.Температура калориметра измеряется цифровым термометром, датчиккоторого находится в корпусе калориметра. В блоке приборов 1 расположен источник питания нагревателя, мощность которого устанавливается регулятором«Нагрев».

Напряжение и ток в цепи нагревателя измеряется вольтметром и амперметром, которые расположены на передней панели блока приборов. Времянагрева калориметра измеряется секундомером, расположенным в блоке приборов. Секундомер приводится в действие при включении питания блока приборов.Атомные массы образцов приведены в таблице 8.1.Таблица 8.1№ п/п123Рисунок 8.1 Общий вид экспериментальной установки ФПТ1-8:1 – блок приборов; 2 – блок рабочего элемента, 3 – стойка, 4 – нагреватель,5 – исследуемые образцы.Порядок выполнения работы1.

Снять кожух блока рабочего элемента установки и подвесить его навинтах задней панели. Включить установку тумблером «Сеть».2. Пустой калориметр плотно закрыть крышкой. Включить тумблер «Нагрев». С помощью регулятора «Нагрев» установить необходимое напряжение вцепи.34598107512Рисунок 8.2 Схема калориметра:1 – образец; 2 – корпус; 3 – асбест; 4 – кожух; 5 – рукоятка; 6 – стекловолокно;7 – винт; 8 – датчик температуры;9 – нагреватель; 10 – крышка.U,BJ,A∆T,Kτ0 ,cτ,cτ - τ0,cc,Дж/(кг·К)Таблица 8.2µс,Дж/(моль·К)3.

При температуре калориметра t0=25 0C включить отсчет времени. Сделать 7-10 измерений времени нагрева пустого калориметра через интервал 1 0С.Результаты занести в таблицу 8.2.№изм.4. Выключить тумблер «Нагрев», открыть крышку и охладить калориметр до начальной температуры t0.5. Вращая винт влево, поместить в калориметр один из исследуемых образцов, взятый по указанию преподавателя. Плотно закрыть крышку калориметраи подождать 3 мин. для того, чтобы температуры калориметра и образца сравнялись.6. Включить нагреватель калориметра, установив такое же напряжение вцепи как и при нагревании пустого калориметра.7.

Включить отсчет времени при той же начальной температуре t0. Сделать 7-10 измерений времени нагревания калориметра с образцом τ через интервал температуры 1 0С. Результаты занести в таблицу 8.2.8. Регулятор «Нагрев» установить в крайнее левое положение, выключить тумблер «Нагрев», открыть крышку калориметра. Для удаления образца изкалориметра винт вращать вправо, после чего с помощью рукоятки вынуть нагре-тый образец.9.

Выключить установку тумблером «Сеть».4. Оценить погрешность результатов измерений.Обработка результатов измерений1. Построить график зависимости разности времени нагревания калориметра с образцом и пустого калориметра от изменения температуры калориметра(τ-τ0) = f(∆T) и определить угловой коэффициент Кα.2. Используя значение углового коэффициента Кα, определить удельнуюJ ⋅Uтеплоемкость образца по формуле С =⋅ Kα .m3. Используя данные таблицы 8.1, определить молярную теплоемкостьобразца.Контрольные задания1.

Какая величина называется теплоемкостью вещества, удельной и молярной теплоемкостью? В каких единицах СИ они измеряются?2. Выведите формулу для полной внутренней энергии и моля твердого тела.3. В чем особенности теплоемкостей твердых тел? Выведите формулу для молярной теплоемкости твердого тела4. Запишите и объясните закон Дюлонга и Пти.5. Рассчитайте, исходя из закона Дюлонга и Пти, удельные теплоемкости алюминия 23Al27 и железа 26Fe56.6. В чем заключается метод электрического нагрева для определения теплоемкости твердых тел?7. Выведите формулу для экспериментального определения теплоемкости.8. Почему во время эксперимента нагревание пустого калориметра и калориметрас образцом необходимо производить при одной и той же мощности нагревателя?9.

Чем ограничена максимально допустимая температура нагревания калориметра?10. Основные источники ошибок данного метода измерений..

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы