Лабораторна робота № 2 Визначення питомої теплоємності речовини

• Назад до змісту

Мета: визначити питому теплоємність речовини, з якої виготовлено металевий циліндр.

Обладнання: калориметр, вимірювальний циліндр (мензурка), посудина з гарячою водою, металевий циліндр на нитці, терези, набір тягарців, термометр.

Хід роботи

Спочатку я підготував все необхідне обладнання та виміряв початкові дані, які заніс у Таблицю 1. Я взяв $100 \text{ г}$ холодної води, як вказано в інструкції.

Таблиця 1

Обробка результатів експерименту

Після проведення експерименту я провів розрахунки, щоб визначити питому теплоємність речовини, з якої зроблений циліндр.

Обчислення кількості теплоти, яку отримала холодна вода

Для цього я використав формулу $Q_1 = c_1 \cdot m_1 \cdot (t - t_1)$, де $c_1$ — питома теплоємність води, що дорівнює $4200 \text{ Дж/(кг °C)}$.

Обчислення питомої теплоємності речовини циліндра

Я виходив з рівняння теплового балансу $Q_1 = Q_2$, де $Q_2$ — це кількість теплоти, яку віддав гарячий циліндр.

Формула для $Q_2$ така:

$Q_2 = c_2 \cdot m_2 \cdot (t_2 - t)$.

Звідси можна знайти $c_2$:

Визначення речовини

Отримане значення питомої теплоємності $c_2=525\ \text{Дж/(кг °C)}$ близьке до табличного значення для чавуну ($540\ \text{Дж/(кг °C)}$).

Аналіз результатів експерименту та висновок

Під час виконання лабораторної роботи ми визначали питому теплоємність речовини, з якої виготовлено металевий циліндр. Для цього ми обчислювали кількість теплоти, яку отримала холодна вода ($Q_1$), і на основі цього значення — питому теплоємність циліндра ($c_2$). У нашому експерименті ми отримали результат $c_2=525\ \text{Дж/(кг °C)}$, що є близьким до табличного значення для чавуну.

Результати експерименту не можна вважати абсолютно точними. Розбіжності між експериментальним і табличним значеннями виникають через декілька причин:

• Теплообмін з навколишнім середовищем: Частина тепла віддається не воді, а повітрю та стінкам калориметра.

• Похибки вимірювальних приладів: Терези, термометр та мірний циліндр мають свою точність, що впливає на кінцевий результат.

• Неточність у вимірюванні часу: Недостатній час для встановлення теплової рівноваги.

  Набуті знання можна використати на практиці в промисловості для визначення теплофізичних властивостей матеріалів, у будівництві для розрахунків теплоізоляції, в металургії для контролю якості сплавів, у хімічній промисловості для дослідження теплових процесів.

Додаткове завдання

Чому ртуті віддавали перевагу порівняно з іншими рідинами, попри її таку малу питому теплоємність?

Ртуті віддавали перевагу для виготовлення термометрів з кількох причин, і її мала питома теплоємність є однією з переваг, а не недоліком.

• Швидка реакція на зміну температури: Через малу питому теплоємність ртуті потрібно дуже мало тепла, щоб змінити її власну температуру. Це дозволяє термометру швидко досягати температури вимірюваного об’єкта, не охолоджуючи його значно, що забезпечує точність і швидкість вимірювання.
• Рівномірне розширення: Ртуть розширюється майже лінійно при зміні температури, що дозволяє створити рівномірну шкалу.
• Широкий діапазон температур: Ртуть залишається рідкою в діапазоні від $-39^\circ\text{C}$ до $+357^\circ\text{C}$, що робить її придатною для більшості побутових і лабораторних вимірювань.
• Не змочує скло: Ртуть не прилипає до стінок капіляра, що забезпечує чіткий і точний показник.
• Висока густина і непрозорість: Стовпчик ртуті добре видно у скляній трубці.