Лабораторная работа 4.
Определение удельной теплоемкости тела.
Цель работы:
пользуясь уравнением теплового баланса, определить удельную теплоемкость калориметрического тела; по таблице «Тепловые свойства вещества» определить, из какого металла сделано данное тело.
Оборудование:
весы с разновесами, калориметр, калориметрическое тело, термометр, вода, плитка, сосуд с кипящей водой.
Теория. Согласно I началу термодинамики подводимое к системе количество теплоты Q идет частично на совершение системой работы А, а частично – на изменение внутренней энергии тела Q = А + ΔU.
Если в замкнутой системе происходит теплообмен между телами системы, то Q = 0 и А = 0. Тогда ΔU = 0 – т.е. внутренняя энергия системы остается постоянной: U = const.
Q1 + Q2 + … + Q п = 0 - (1) - уравнение теплового баланса.
Порядок выполнения работы.
1. Рассмотреть шкалу термометра, определить цену деления. Проверить весы. Все взвешивания в дальнейшем производить с точностью до 0,1 г.
2. Определить массу внутреннего сосуда калориметра т к.
3. Определить массу испытуемого тела т т.
4. Налить во внутренний сосуд калориметра 150см2 воды массой т. Взвесить внутренний сосуд калориметра с жидкостью и определить массу воды: т в = т – т к.
5. Поместить внутренний сосуд калориметра во внешний сосуд, измерить начальную температуру воды: Т в. = Т к.
6. Прогреть в кипящей воде испытуемое тело, быстро перенести его в калориметр. Т т = 373К.
7. Перемешивая жидкость в калориметре, выждать, когда перестанет повышаться температура, измерить окончательную температуру Θ.
8. Результаты всех измерений и вычислений занести в таблицу
Таблица
испытуемое тело | калориметр | вода в калориметре | Температура системы | удельная теплоемкость вещества с, | относи-тельная погреш-ность ε,% | ||||
масса т Т, кг | масса т к, кг | удельная теплоемкость Ск, | масса тв, кг | удельная теплоем- кость, Св | начальная воды, Т в. = Т к К | начальная тела Т т, К | общая Θ, К | ||
9. Внутренняя энергия калориметра и воды увеличивается: ΔU↑, Q > 0,
10. Внутренняя энергия тела уменьшается: ΔU ↓, Q < 0, но Q1 + Q2 + Q3 = 0.
11. Составим уравнение теплового баланса:
С к∙ т к∙ (Θ – Т к) + С в∙ т в∙ (Θ – Т к) + С т∙ т т (Θ – Т т) = 0
С т = -рабочая формула.
Вычисление: С т =
12. Найдите по таблице «Тепловые свойства вещества» значение удельной теплоемкости, близкое к вычисленному, и сделайте вывод, из какого вещества выполнено тело.
13. Вычислите границу относительной погрешности вычисления по формуле:
ε = 100%.
К онтрольные вопросы:
1.Чем можно объяснить полученную погрешность при вычислении теплоемкости вещества?
2.На температурной диаграмме представлены графики зависимости температуры воды и калориметра от переданного им количества теплоты. Какой из них соответствует воде, а какой – калориметру? Начертите график, соответствующий изменению внутренней энергии используемого вами в лабораторной работе калориметрического тела.
3.Если налить кипяток в стакан, то толстостенный может лопнуть, а тонкий - нет. Почему?
4.Выведите рабочую формулу вычисления удельной теплоемкости тела.