Лабораторная работа "Измерение удельной теплоемкости твердого тела"

1. Цель лабораторной работы, объект исследования, приборы и материалы

Тема се­го­дняш­не­го за­ня­тия по­свя­ще­на тому, каким об­ра­зом можно опре­де­лить удель­ную теп­ло­ем­кость ве­ще­ства опыт­ным путем, т. е. на прак­ти­ке. Кон­крет­но, мы рас­смот­рим опре­де­ле­ние теп­ло­ем­ко­сти на при­ме­ре твер­до­го тела – ме­тал­ли­че­ско­го (ла­тун­но­го) ци­лин­дра.

Цель ра­бо­ты:опре­де­лить удель­ную теп­ло­ем­кость ме­тал­ли­че­ско­го ци­лин­дра.

Объ­ект ис­сле­до­ва­ния:ла­тун­ный ци­линдр, под­ве­шен­ный на нити.

При­бо­ры и ма­те­ри­а­лы: ме­тал­ли­че­ский ци­линдр на нити (рис. 1), ста­кан с го­ря­чей и ста­кан с хо­лод­ной водой (рис. 2), два тер­мо­мет­ра (рис. 3), весы (рис. 4), ка­ло­ри­метр (рис. 5).

Рис. 2. Ста­кан с водой

Рис. 3. Тер­мо­метр

Рис. 4. Весы

Рис. 5. Ка­ло­ри­метр

2. Ход работы

Ход ра­бо­ты:

1. По­ме­стим ме­тал­ли­че­ский ци­линдр в ста­кан с го­ря­чей водой и из­ме­рим тер­мо­мет­ром ее тем­пе­ра­ту­ру, она будет рав­нять­ся тем­пе­ра­ту­ре ци­лин­дра, т. к. через опре­де­лен­ное время тем­пе­ра­ту­ра воды и ци­лин­дра срав­ня­ют­ся.

2. Затем на­ли­ва­ем в ка­ло­ри­метр хо­лод­ную воду и из­ме­ря­ем ее тем­пе­ра­ту­ру.

3. После этого по­ме­ща­ем при­вя­зан­ный на нитке ци­линдр в ка­ло­ри­метр с хо­лод­ной водой и, по­ме­ши­вая в нем воду тер­мо­мет­ром, из­ме­ря­ем уста­но­вив­шу­ю­ся в ре­зуль­та­те теп­ло­об­ме­на тем­пе­ра­ту­ру.

3. Обработка данных и вычисление результата

Об­ра­бот­ка дан­ных и вы­чис­ле­ние ре­зуль­та­та:

Из­ме­рен­ная уста­но­вив­ша­я­ся ко­неч­ная тем­пе­ра­ту­ра в ка­ло­ри­мет­ре и осталь­ные дан­ные поз­во­лят нам рас­счи­тать удель­ную теп­ло­ем­кость ме­тал­ла, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ци­линдр. Вы­чис­лять ис­ко­мую ве­ли­чи­ну мы будем ис­хо­дя из того, что, осты­вая, ци­линдр от­да­ет ровно такое же ко­ли­че­ство теп­ло­ты, что и по­лу­ча­ет вода при на­гре­ва­нии, про­ис­хо­дит так на­зы­ва­е­мый теп­ло­об­мен.

Со­от­вет­ствен­но по­лу­ча­ем сле­ду­ю­щие урав­не­ния. Для на­гре­ва воды ко­ли­че­ство теп­ло­ты:

, где:

 удель­ная теп­ло­ем­кость воды (таб­лич­ная ве­ли­чи­на), ;

 масса воды, ко­то­рую можно опре­де­лить с по­мо­щью весов, кг;

 ко­неч­ная тем­пе­ра­ту­ра воды и ци­лин­дра, из­ме­рен­ная с по­мо­щью тер­мо­мет­ра, ^o;

 на­чаль­ная тем­пе­ра­ту­ра хо­лод­ной воды, из­ме­рен­ная с по­мо­щью тер­мо­мет­ра, ^o.

Для осты­ва­ния ме­тал­ли­че­ско­го ци­лин­дра ко­ли­че­ство теп­ло­ты:

, где:

 удель­ная теп­ло­ем­кость ме­тал­ла, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ци­линдр (ис­ко­мая ве­ли­чи­на), ;

 масса ци­лин­дра, ко­то­рую можно опре­де­лить с по­мо­щью весов, кг;

 тем­пе­ра­ту­ра го­ря­чей воды и, со­от­вет­ствен­но, на­чаль­ная тем­пе­ра­ту­ра ци­лин­дра, из­ме­рен­ная с по­мо­щью тер­мо­мет­ра, ^o;

 ко­неч­ная тем­пе­ра­ту­ра воды и ци­лин­дра, из­ме­рен­ная с по­мо­щью тер­мо­мет­ра, ^o.

За­ме­ча­ние. В обеих фор­му­лах мы вы­чи­та­ем из боль­шей тем­пе­ра­ту­ры мень­шую для опре­де­ле­ния по­ло­жи­тель­но­го зна­че­ния ко­ли­че­ства теп­ло­ты.

Как было ука­за­но ранее, из-за про­цес­са теп­ло­об­ме­на между хо­лод­ной водой и ме­тал­ли­че­ским ци­лин­дром их ко­ли­че­ства теп­ло­ты равны:

.

Сле­до­ва­тель­но, удель­ная теп­ло­ем­кость ма­те­ри­а­ла ци­лин­дра:

По­лу­чен­ные ре­зуль­та­ты в любой ла­бо­ра­тор­ной ра­бо­те удоб­но за­пи­сы­вать в таб­ли­цу, при­чем, про­во­дить для по­лу­че­ния усред­нен­но­го мак­си­маль­но точно при­бли­жен­но­го ре­зуль­та­та несколь­ко из­ме­ре­ний и вы­чис­ле­ний. В нашем слу­чае таб­ли­ца может вы­гля­деть при­мер­но сле­ду­ю­щим об­ра­зом:

Вывод:вы­чис­лен­ное зна­че­ние удель­ной теп­ло­ем­ко­сти ма­те­ри­а­ла ци­лин­дра .

Се­год­ня мы рас­смот­ре­ли ме­то­ди­ку про­ве­де­ния ла­бо­ра­тор­ной ра­бо­ты по из­ме­ре­нию удель­ной теп­ло­ем­ко­сти твер­до­го тела. На сле­ду­ю­щем уроке мы по­го­во­рим о вы­де­ле­нии энер­гии при сго­ра­нии топ­ли­ва.