Лабораторная работа #1. Лабораторная работа 1. Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры

• Название: Лабораторная работа 1. Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры
• Дата: 23.04.2023
• Размер: 224.5 Kb.
• Имя файла: Лабораторная работа #1.doc
• Тип: Лабораторная работа; #1084334

Лабораторная работа №1.

Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры.

Измерение удельной теплоемкости твердого тела.

Цель работы:

1. 
   Определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при теплообмене. Объяснить полученный результат.
   
2. 
   Определение удельной теплоемкости твердого тела путем сравнения его с теплоемкостью воды.
   

Оборудование: Калориметр, стакан, измерительный цилиндр (мензурка), термометр, стакан с водой, весы, гири, металлический цилиндр на нити, сосуд с горячей водой.
Правила техники безопасности. Внимательно прочитайте правила.

Осторожно! Стекло! Будьте осторожны при работе со стеклянной посудой. Помните, стекло – хрупкий материал, легко трескается при ударах и резкой перемене температуры.

Внимание! Горячая вода! Будьте осторожны при работе с сосудом с горячей водой. Помните, что можно обжечься! Снимайте данные, не вынимая термометр из жидкости! Не разливайте воду. Повторите правила взвешивания.
Примечание: Калориметр – прибор, применяемый во многих опытах по тепловым явлениям. Калориметр состоит из двух сосудов, разделенных воздушным промежутком. Дно внутреннего сосуда отделено от внешнего пластмассовой подставкой. Такое устройство позволяет уменьшать теплообмен содержимого внутреннего сосуда с внешней средой.
Ход работы:

1. 
   Для сравнения количеств теплоты при смешивании воды разной температуры, с начало налейте в калориметр горячую воду массой 100 г, а в стакан – столько же холодной. Измерьте температуры холодной и горячей воды. Горячую воду нужно наливать во внутренний сосуд калориметра, вставленный во внешний сосуд.
   
2. 
   Осторожно влейте холодную воду в сосуд с горячей водой, помешайте термометром полученную смесь и измерьте ее температуру.
   
3. 
   Рассчитайте количество теплоты, отданное горячей водой при остывании до температуры смеси по следующей формуле:
   

Q = cm(t – t₁),

где с – удельная теплоемкость воды.

4. 
   Рассчитайте количество теплоты, полученное холодной водой при ее нагревании до этой же температуры:
   

Q₁ = cm₁(t₂ – t₁).

Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

Масса горячей воды m, кг	Начальная температура горячей воды t,˚С	Температура смеси t2,˚С	Количество теплоты, отданное горячей водой Q, Дж	Масса холодной воды m1, кг	Начальная температура горячей воды t1,˚С	Количество теплоты, полученное холодной водой Q1, Дж

5. 
   Сравните количество теплоты, отданное горячей водой, с количеством теплоты, полученным холодной водой, и сделайте соответствующий вывод.
   
6. 
   Для измерения удельной теплоемкости твердого тела, с начало налейте в калориметр воду массой 100-150 г комнатной температуры. Измерьте температуру воды.
   
7. 
   Нагрейте цилиндр в сосуде с горячей водой. Измерьте ее температуру (эта температура и будет начальной температурой цилиндра). Затем опустите его в калориметр с водой.
   
8. 
   Измерьте температуру воды в калориметре после опускания цилиндра.
   
9. 
   С помощью весов определите массу металлического цилиндра, предварительно обсушив его.
   
10. 
    Все данные измерений запишите в таблицу.
    

Масса воды в калориметре m1, кг	Начальная температура воды t1,˚С	Масса цилиндра m2, кг	Начальная температура цилиндра t2,˚С	Общая температура воды и цилиндра t,˚С

11. 
    Рассчитайте:
    

а) Количество теплоты Q₁, которое получила вода при нагревании:




Вывод:Количество теплоты, полученное холодной водой близко к количеству теплоты, отданному горячей водой, что, с учетом далеких от идеальных условий эксперимента, можно считать равенством.

Контрольные вопросы:

1) Как определялась в эксперименте масса воды?

Через плотность по формуле m=pV, т.е. косвенно, без использования весов. Так как плотность воды 1 г/см³, то масса 100 мл = 100 см³ будет 100г = 0,1 кг

2) Почему калориметр имеет двойные стенки?

Чтобы меньше терялась теплота в окружающую среду

3) Почему холодную воду надо брать комнатной температуры?

Чтобы её температура не изменялась из-за влияния воздуха в кабинете, т.к. она же не в калориметре

4) Будут ли равными изменения температуры и количество отданной и принятой теплоты, если использовать неравные массы теплой и холодной воды?

Изменения температуры не будут одинаковыми, а количество отданной и принятой теплоты будут равны

Суперзадание: объясните, как влияет на полученные результаты участие в теплообмене калориметра. Всегда ли можно этим влиянием пренебречь?

Ответ: Уравнение теплового баланса строго выполняется только в том случае, если система теплоизолирована. Хотя калориметр снижает потери энергии, связанные с теплопередачей в окружающую среду, тем не менее они остаются. Кроме того, есть потери за счёт теплообмена между водой и калориметром. Поэтому количество теплоты, одданное теплой водой, будет всегда больше, чем количество теплоты, полученное холодной водой. Если тёплую воду вливать в холодную, то различие между Q_отд и Q_полбудет больше, чем в случае, когда холодную воду добавляют в тёплую. Это обусловлено тем, что в первом случае потери энергии в окружающую среду будут частично скомпенсированы за счёт количества теплоты, которое холодной воде передают калориметр и термометр.

Таким образом, как это ни кажется странным, проверяемое положение о равенстве отданного и принятого количества теплоты выполнения работы будет подтверждено точнее, если в калориметр наливать сначала холодную воду, а затем доливать горячую (как и указано в работе).

Что касается второй части вопросы, всегда ли можно влиянием калориметра пренебречь? Нет, не в сегда. Можно пренебречь тогда, когда удельная теплоёмкость и масса внутреннего стакана калориметра мала по сравнению с массой воды (жидкости) находящейся в калориметре.