ДЗ по физике. 254. определение удельной теплоемкости твердых тел
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
36 254. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ Введение Количество теплоты Q , которое поглощается или выделяется телом при нагреве или охлаждении пропорционально изменению температуры T и массе m : T m c Q , (1) где коэффициент пропорциональности c называется удельной теплоемкостью и является величиной, зависящей от материала. Рис.1. Принцип эксперимента В этом эксперименте определяются теплоемкости различных веществ. В каждом случае дробь взвешивается, нагревается паром до температуры 1 t , а затем погружается в некоторое количество воды, которое предварительно взвешивается и температура 2 t которой определяется. Затем систему тщательно перемешивают. Благодаря тепловому обмену, температура окатышей и воды становится одинаковой и равной c t . Количество теплоты 1 Q , выделяемого дробью при этом процессе, определяется следующим соотношением ), ( 1 1 1 1 c t t m c Q (2) 37 где 1 m - масса дроби, 1 c - удельная теплоемкость дроби. Количество теплоты 2 Q , поглощаемое водой: ), ( 2 2 2 2 t t m c Q c (3) где 2 m - масса воды, 2 c - удельная теплоемкость воды. Емкость калориметра также поглощает часть тепла, выделяемого дробью. Теплоемкость калориметра можно представить в следующем виде , 2 K K m c C (4) где K m является водным эквивалентом массы емкости калориметра. Тогда количество теплоты, поглощаемое калориметром в этом процессе: ) ( 2 2 t t m c Q c K K и из закона сохранения энергии следует, что 2 1 K Q Q Q Удельная теплоемкость воды 2 c и водный эквивалент массы калориметра K m предполагаются известными. Температура 1 t равна температуре водяного пара. После измерения величин 2 t , c t , 1 m и 2 m можно будет вычислить неизвестную величину 1 c с помощью следующего соотношения ) ( ) ( ) ( 1 1 2 2 2 1 c c K t t m t t m m c c (5) Цель работы Изучение первого начала термодинамики и методов определения теплоемкости Решаемые задачи Определение температуры системы, которая устанавливается при соединении холодной воды с подогретой медной, свинцовой или стеклянной дробью. Определение удельной теплоемкости меди, свинца и стекла Техника безопасности Внимание: в работе используется стекло. Внимание: не включайте парогенератор при отсутствии воды. Экспериментальная установка Приборы и принадлежности Крышка для сосуда Дьюара (1) 38 Сосуд Дьюара (2) Mobile-CASSY® (3) NiCr-Ni температурный сенсор 1,5 мм (4) Нагреватель (5) Свинцовая (медная, стеклянная) дробь Парогенератор (7) Стакан, 400 мл, низкий (8) Силиконовая подводка, 7 мм Ø (9) Школьные и лабораторные весы (10) Теплозащитные рукавицы Рис.1 Внешний вид установки Порядок выполнения работы Схема экспериментальной установки показана на рис. 1. 1. Заполните водой парогенератор, осторожно закройте устройство, и подключить его с помощью силиконовой трубки к верхней части парогенератора (вход для пара). 2. Надежно соедините также силиконовую трубку с нижним шлангом нагревательного прибора (пара на выходе), и повесьте другой конец в стакан. 3. Открыв пробку, засыпьте свинцовую дробь в верхнюю часть парогенератора полностью, насколько возможно, и скрепите пробкой. 4. Подключите парогенератор к электрической сети, и нагревайте дробь в течение приблизительно 20-25 минут паром. 5. Измерьте массу пустого сосуда Дьюара и заполните его водой массы около 180 г. Определите 1 m . 6. Закройте крышкой сосуд Дьюара и вставьте датчик температуры (NiCr-Ni температурный сенсор). 7. Измерьте температуру воды 2 t . 8. Откройте крышку сосуда Дьюара и положите ее в сторону, вставьте сетку для образцов в сосуд Дьюара. 9. Засыпьте дробь, температура которой 1 t =100°С в сетку для образцов, закройте крышку и тщательно перемешайте воду с дробью. 10. Определите температуру системы c t дождавшись момента, когда температура воды перестает расти. 11. Измерьте массу 2 m дроби. 12. Повторите эксперимент с медной и стеклянной дробью. 13. Основные результаты 1. Представьте экспериментальные данные в виде таблицы: масса воды 1 m кг, температура дроби 1 t =100°С. материал , 2 m кг C t 0 1 , C t c 0 , свинец медь стекло 40 2. Вычислите по формуле (5) удельные теплоемкости твердых тел и сравните полученные значения с табличными. Используйте при этом следующие данные водный эквивалент массы калориметра: m k = 30 г. удельная теплоемкость воды: 2 c =4.19 кДж/(К·кг) материал c , кДж/(К·кг) c , кДж/(К·кг) из эксперимента табличное значение свинец 0.1295 медь 0.385 стекло 0.746 Выводы Проанализируйте полученные результаты и сделайте вывод. 41 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАБОТАМ №221 «Исследование теплопроводности» 1) Явления переноса (диффузия, теплопроводность, вязкость). 2) Какие связи называются ковалентными и ионными? 3) Период кристаллической решетки и его зависимость от температуры. 4) Сколько степеней свободы приходятся на одну колебательную связь? 5) Линейный и объемные коэффициенты расширения твердых тел. Связь между ними. №222 «Определение вязкости жидкости с помощью шарикового вискозиметра» 1) Явления переноса ( диффузия, теплопроводность, вязкость) 2) Какие течения жидкости называют ламинарными и турбулентными? Число Рейнольдса. 3) Какая физическая природа вязкости жидкости и газов? Как изменяется вязкость газа и жидкости при повышении температуры? 4) Вывод формулы зависимости скорости ламинарного течения в трубе от расстояния до центра трубы. (Закон Пуазейля). 5) Движение шарика в жидкости. Закон Стокса. 6) Как следует изменить массу и размер шарика для того, чтобы проводить измерения для более (менее) вязких жидкостей (газов)? №223 ''Исследование зависимости вязкости жидкости от температуры и концентрации на шариковом вискозиметре" 1) Явления переноса ( диффузия, теплопроводность, вязкость) 2) Какие течения жидкости называют ламинарными и турбулентными? Число Рейнольдса. 3) Какая физическая природа вязкости жидкости и газов? Как изменяется вязкость газа и жидкости при повышении температуры? 4) Вывод формулы зависимости скорости ламинарного течения в трубе от расстояния до центра трубы. (Закон Пуазейля). 5) Движение шарика в жидкости. 6) Как следует изменить массу и размер шарика для того, чтобы проводить измерения для более (менее) вязких жидкостей (газов)? 42 №250 «Определение плотности растворов» 1. Устройство и принцип работы ареометра. 2. Почему верхняя часть ареометра узкая и имеет постоянное сечение, а нижняя широкая и может иметь ряд утолщений и сужений? 3. Как зависит глубина погружения цилиндрического ареометра от плотности жидкости? Какие ограничения накладывает эта зависимость на изготовление ареометров? 4. Что такое раствор и насыщенный раствор? Механизм растворения. Чем определяется степень насыщения растворов? 5. Единицы концентрации растворов и их соотношение. 6. Ареометр отградуирован при комнатной температуре. Каковы погрешности при использовании его при повышенных температурах? №251 «Измерение поверхностного натяжения методом отрыва» 1. Что такое сила поверхностного натяжения? 2. Как определяется коэффициент поверхностного натяжения при динамическом и энергетическом рассмотрении этого явления? 3. Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры и наличия примесей. 4. Явление смачивания. Что такое краевой угол? 5. Условия динамического равновесия капли жидкости на поверхности твердого тела, на поверхности другой жидкости. 6. Капиллярные явления. Давление под изогнутой поверхностью. Формула Лапласа. №252 «Определение коэффициента объемного расширения жидкостей» 1) Свойства жидкостей. 2) Объемные коэффициенты расширения жидкости. №253 «Исследование зависимости линейного расширения твердых тел от температуры» 1) Какие связи называются ковалентными и ионными? 2) Период кристаллической решетки и его зависимость от температуры. 3) Сколько степеней свободы приходятся на одну колебательную связь? 4) Линейный и объемные коэффициенты расширения твердых тел. Связь между ними. 43 №254 «Определение удельной теплоемкости твердых тел» 1) Строение твердых тел 2) Понятие удельной теплоемкости для твердых тел. 3) Законы Эйнштейна, Дебая, Дюлонга Пти. ИНСТИТУТ ФИЗИКИ КАЗАНСКОГО (ПРИВОЛЖСКОГО) ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА Кафедра общей физики ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ ОБЩЕГО ФИЗИЧЕСКОГО ПРАКТИКУМА ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКЕ и ТЕРМОДИНАМИКЕ Процессы переноса. Твердые тела и жидкости. Казань – 2015 2 УДК 530.10 ББК 22.36 Э 41 Печатается по рекомендации Учебно-методической комиссии Института Физики Казанского (Приволжского) федерального университета Составители: профессор кафедры общей физики Ерёмина Р.М. доцент кафедры общей физики Скворцов А.И. доцент кафедры общей физики Мутыгуллина А.А. ассистент кафедры общей физики Салихова О.Б. ассистент кафедры общей физики Блохин Д.С. Рецензент – В.А.Уланов, д.ф.-м.н., профессор кафедры промышленной электроники Казанского государственного энергетического университета Методическое пособие «Экспериментальные задачи общего физического практикума по молекулярной физике и термодинамике. Процессы переноса. Жидкости и твердые тела. » предназначено для студентов естественно-научных специальностей университетов. Приводятся описания лабораторных работ физического практикума общего курса физики, раздел «Молекулярная физика и термодинамика», по теме «Процессы переноса. Жидкости и твердые тела». В каждой работе даны подробные описания установок, ход выполнения работ и список вопросов для самостоятельной подготовки. УДК 530.10 ББК 22.36 Э 41 Казанский университет, 2015 Э 41 Экспериментальные задачи общего физического практикума по молекулярной физике и термодинамике. Процессы переноса. Жидкости и твердые тела.:/ сост. Р.М. Ерёмина, А.И. Скворцов, А.А. Мутыгуллина и др.-Казань: Казан.ун-т, 2015.-42с. |