Лабораторна робота № 4

Назад до змісту

Тема: Визначення питомої теплоємності речовини.

Мета: визначити питому теплоємність речовини у твердому стані.

Обладнання: мірний циліндр; терези з важками; термометр; калориметр; металеве тіло з ниткою; склянка з водою кімнатної температури; паперові серветки; мішалка; електричний чайник з водою, що кипить (один на клас).

Опрацювання результатів експерименту

Визначте масу води в калориметрі

(m_{\text{води}} = \rho_{\text{води}} \cdot V_{\text{води}})

Результат обчислень занесіть до таблиці

m_{\text{води}} = \rho_{\text{води}} \cdot V_{\text{води}} = 1 \text{ г/см}^3 \cdot 150 \text{ см}^3 = 150 \text{ г} = 0{,}15 \text{ кг}

Поміркуйте та заповніть стовпчики 5–7 таблиці.

$c_{\text{води}} = 4200$ Дж/(кг·°C)

$t_{0\text{тіла}} = 98°C$ (температура кипіння)

$t = 28°C$ (кінцева температура)

$t_{0\text{води}}$ , °C	$t$ , °C	$V_{\text{води}}$ , м³	$m_{\text{води}}$ , кг	$c_{\text{води}}$ , Дж/(кг·°C)	$t_{0\text{тіла}}$ , °C	$t$ , °C	$m_{\text{тіла}}$ , кг	$c_{\text{тіла}}$ , Дж/(кг·°C)
$20$	$28$	$0,00015$	$0,15$	$4200$	$98$	$28$	$0,08$	$900$

Скориставшись формулою

c_{\text{тіла}} = \dfrac{c_{\text{води}} m_{\text{води}} (t - t_{0\text{води}})}{m_{\text{тіла}} (t_{0\text{тіла}} - t)}

, визначте питому теплоємність металу, з якого виготовлено тіло

(c_{\text{тіла}})

c_{\text{тіла}} = \dfrac{4200 \cdot 0{,}15 \cdot (28 - 20)}{0{,}08 \cdot (98 - 28)} = \dfrac{4200 \cdot 0{,}15 \cdot 8}{0{,}08 \cdot 70} = \dfrac{5040}{5{,}6} = 900

Дж/(кг·°C)

Скориставшись таблицею питомих теплоємностей деяких речовин у твердому стані, дізнайтеся, з якого металу виготовлено тіло.

Обчислене значення $c_{\text{тіла}} = 900$ Дж/(кг·°C) відповідає алюмінію, чия табличне значення питомої теплоємності становить $920$ Дж/(кг·°C). Тіло виготовлено з алюмінію.

Аналіз результатів експерименту

а) Яку величину визначали в експерименті?

У роботі визначали питому теплоємність металу у твердому стані методом калориметрії. Питома теплоємність показує, яку кількість теплоти потрібно передати $1 \text{ кг}$ речовини для нагрівання її на $1°C$ .

б) Який результат отримали?

Обчислили питому теплоємність металу: $c_{\text{тіла}} = 900$ Дж/(кг·°C). Порівнявши це значення з табличними даними, встановили, що досліджуване тіло виготовлено з алюмінію (табличне значення $920$ Дж/(кг·°C)). Відхилення від табличного значення становить близько $2,3\%$ .

в) Які чинники вплинули на точність результату?

На точність вимірювання вплинули декілька факторів. По-перше, частина теплоти передалася калориметру та термометру, а не тільки воді. По-друге, під час переміщення гарячого тіла з киплячої води до калориметра воно встигло трохи охолонути. По-третє, похибки виникли при вимірюванні температури та маси тіл. Також теплообмін із навколишнім середовищем призвів до втрат теплоти.

Творче завдання

Запропонуйте спосіб визначення питомої теплоємності рідини. Запишіть план відповідного експерименту.

Метод базується на законі збереження енергії для теплових процесів, який описується рівнянням теплового балансу. У теплоізольованій системі, якою є калориметр, кількість теплоти, яку віддає нагріте металеве тіло, дорівнює кількості теплоти, яку поглинає холодна рідина. Вимірявши маси тіла та рідини, їхні початкові та кінцеву температури, а також знаючи питому теплоємність матеріалу тіла, можна розрахувати невідому питому теплоємність рідини.

План експерименту

За допомогою терезів визначити масу невідомої рідини $m_р$ та масу металевого циліндра $m_т$ .
Налити рідину в калориметр і виміряти її початкову температуру $t_р$ за допомогою термометра.
Нагріти циліндр в окропі до температури кипіння води, яка за нормальних умов становить $t_т = 100°C$ .
Швидко перенести нагрітий циліндр у калориметр з досліджуваною рідиною.
Виміряти кінцеву температуру $t$ суміші після встановлення теплової рівноваги.
Обчислити питому теплоємність рідини, використовуючи рівняння теплового балансу.

Розрахунок

Кількість теплоти, яку віддало гаряче тіло ( $Q_{віддане}$ ), дорівнює кількості теплоти, яку отримала рідина ( $Q_{отримане}$ ):

Q_{віддане} = Q_{отримане}

Це відношення можна записати у вигляді рівняння:

m_т \cdot c_т \cdot (t_т - t) = m_р \cdot c_р \cdot (t - t_р)

З цього рівняння можна виразити питому теплоємність рідини ( $c_р$ ):

c_р = \dfrac{m_т \cdot c_т \cdot (t_т - t)}{m_р \cdot (t - t_р)}

де $c_т$ — питома теплоємність матеріалу циліндра. Наприклад, для заліза її значення беруть з таблиці: $460 \text{ Дж/(кг} \cdot \text{°C)}$

Лабораторна робота № 4 - Бар'яхтар

Творче завдання

Оцініть матеріал

Коментарі

Залишити відповідь: