2019_2_semestre_Otchyot_po_labe_2_5_Mole kulyarny_praktikum (Отчеты по лабораторным работам (2019))
Описание файла
Документ из архива "Отчеты по лабораторным работам (2019)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "молекулярный практикум" из 2 семестр, которые можно найти в файловом архиве НГУ. Не смотря на прямую связь этого архива с НГУ, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "2019_2_semestre_Otchyot_po_labe_2_5_Mole kulyarny_praktikum"
Текст из документа "2019_2_semestre_Otchyot_po_labe_2_5_Mole kulyarny_praktikum"
Отчет о лабораторной работе 2.5
“Определение удельной теплоемкости металлов.”
Выполнила: Затолоцкая Юлия Андреевна
Студентка группы 18308. ФФ НГУ
Преподаватель: Золкин Александр Степанович.
Преподаватель НГУ, к.ф.-м.н., доцент.
Цель работы
Определение теплоемкости образца латуни методом сравнения скорости охлаждения образца с известной (эталонный образец) и неизвестной теплоемкостями. Нахождение зависимости теплоемкости от температуры.
Идея метода измерения
Зная теплоемкость эталона, скорости охлаждения эталона и образца с неизвестной теплоемкостью, а также их массы, можно вычислить неизвестную теплоемкость по формуле:
Методика измерений
Измерены массы образцов, с них отчищена окалина, образцы помещены в предварительно нагретую до 700°C печку. Когда образцы нагрелись до свечения, они быстро помещаются на термопары. Термопары считывают температуру сердцевины. Информация передается на компьютер.
Р![]()
езультаты измерений
езультаты измеренийРис. 1. Зависимости температуры (T, °C) образцов латуни и меди от времени (t, с).
M (Cu) = 420 гр.
M (Латунь) = 420 гр.
Теплоемкость вычислялась по формуле:
Таблица 1. Результаты измерений. Температура образца – T, теплоемкость образца - Сp, скорость изменения температуры - dT/dt.
| T, K | Сp (Cu), Дж/(Моль·К) | dT/dt (Cu), K/c | dT/dt (Латунь), K/c | Сp (Латунь), Дж/(Моль·К) |
| 700 | 27,01 | -0,40 | -0,25 | 43,221 |
| 600 | 26,49 | -0,55 | -0,40 | 36,427 |
| 500 | 25,93 | -0,30 | -0,20 | 38,891 |
| 400 | 25,27 | -0,05 | -0,10 | 12,636 |
Теплоемкости меди взяты из табличных данных [1].
Рис. 2. Зависимости теплоёмкостей меди и латуни от температуры. Черные точки – медь [1]. Синие – латунь. Светлым цветом – линия тренда для латуни.
Погрешности измерений
Погрешности вносят:
- Неоднородность температурного поля внутри образца.
При остывании образца в воздухе кондуктивным теплообменом можно пренебречь, так как коэффициент теплопроводности воздуха при комнатной температуре низкий (2,62*
Вт/(м·К)).
Предполагается, что температурное поле внутри образца однородно, так как если температура в разных точках будет разная, то будут разными и теплоемкости и так как температура измеряется в центре, она может значительно отличаться от температуры на поверхности. Оценка справедливости этого допущения: приравняем кондуктивный поток в материале образца и конвективно-радиационный с его поверхности. По смыслу задачи эти потоки равны
где S – площадь поверхности образца, λ – коэффициент теплопроводности (Вт/(м·K)), 
температура поверхности, 
- температура воздуха в комнате, 
– коэффициент теплоотдачи (Вт/(м2·K)), T – температурное поле в образце, 
– излучательная способность, 
постоянная Стефана-Больцмана [1].
Так как поверхность образца при нагревании покрывается слоем оксидов, положим 
, коэффициент α = 10 Вт/(м2·К) [2], 
оценим как отношение перепада температуры в образце к характерному размеру (радиусу цилиндра r). Положим 
, ≈ 300 K, r ≈ 2 см, получим ΔT ≈ 1,3 · 
/
, 
, тогда ΔT (Латунь) ≈ 12,4 К; ΔT (Cu) ≈ 3,2 К; Эти перепады незначительно влияют на теплоемкость и можно считать, что Ср = const ( погрешность 1-2 %). В радиационном потоке ошибка будет <10%.
- Окалина.
- Неточность измерения веса образцов (5%).
- Сбои в работе регистрирующей аппаратуры (5%).
Обсуждение результатов
На рис.1 наблюдается разность максимума температур образцов. Причина: излучение (образцы доносились от печки до регистрирующей аппаратуры за разное время).
На рис 2. По линии тренда для латуни видно, что теплоемкость латуни возрастает с ростом температуры, но быстрее, чем теплоемкость меди. На отрезке от 500 К до 600 К теплоемкость падает, что можно связать с погрешностями измерений.
Теплоемкости латуни совпадают по порядку с теплоемкостями меди.
Из табл. 2 видно, что измеренные теплоемкости латуни совпадают по порядку с табличными данными по удельной теплоемкости латуни [4].
Таблица 2. Сравнение результатов измерения удельной теплоемкости латуни (Сp (Латунь), Дж/(кг·К)) при различных температурах (T, K) с табличными данными [4].
| T, K | Сp (Латунь), Дж/(кг·К) | Сp (Латунь) табл., Дж/(кг·К) |
| 700 | 675,33 | 380,00 |
| 600 | 569,16 | 380,00 |
| 500 | 607,66 | 380,00 |
| 400 | 197,44 | 380,00 |
Вывод
Мной твердо установлены молярные теплоемкости латуни при различных температурах (табл.3). Также мной твердо установлено, что молярная теплоемкость латуни возрастает с ростом температуры. Полученные результаты совпадают по порядку с табличными [4].
Таблица 3. Результаты измерений теплоемкостей латуни (Сp (Латунь), Дж/(Моль·К))
| T, K | Сp (Латунь), Дж/(Моль·К) |
| 700 | 43,221 |
| 600 | 36,427 |
| 500 | 38,891 |
| 400 | 12,636 |
Литература
1. Определение удельной теплоемкости металлов: Методические указания по выполнению лабораторной работы / Е. Ю. Гореликов, В. В. Рандин, Р.А. Хайрулин, А. А. Чернов. Новосибирск: РИЦ НГУ, 2016. – 20с.
2. Кухлинг, справочник по физике, с. 470
3. Латунь ЛС59-1: характеристики и состав сплава, ГОСТ: met-all.org/cvetmet-splavy/latun/latun-ls59-1-rasshifrovka-harakteristiki-sostav-gost.html
4. Thermal properties of metals, conductivity, thermal expansion, specific heat -www.engineersedge.com/properties_of_metals.html
3
