Лабораторна робота № 1. Порівняння кількості теплоти під час змішування води різної температури

• Назад до змісту

Тема: ПОРІВНЯННЯ КІЛЬКОСТІ ТЕПЛОТИ ПІД ЧАС ЗМІШУВАННЯ ВОДИ РІЗНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ

Мета роботи: ознайомитися з будовою калориметра та на досліді перевірити, чи виконується рівняння теплового балансу, коли змішуєш гарячу й холодну воду.

Обладнання: калориметр, вимірювальний циліндр (мензурка), термометр, склянка.

Хід роботи та розрахунки

За умовою роботи, ми беремо однакову масу гарячої та холодної води, а саме 100 г, що дорівнює 0.1 кг.

Питома теплоємність води $c = 4200 \dfrac{Дж}{кг \cdot ^\circ C}$.

Оскільки ми не проводимо реальний експеримент, візьмемо для прикладу такі виміряні температури:

Початкова температура гарячої води: $t_1 = 70^\circ C$

Початкова температура холодної води: $t_2 = 20^\circ C$

Температура суміші після змішування: $t_c = 43^\circ C$

Тепер розрахуємо кількість теплоти.

Кількість теплоти, яку віддала гаряча вода:

Формула: $Q_1 = c \cdot m_1 \cdot (t_1 - t_c)$.

Розрахунок: $Q_1 = 4200 \cdot 0.1 \cdot (70 - 43) = 420 \cdot 27 = 11340 \text{ Дж}$.

Кількість теплоти, яку отримала холодна вода:

Формула: $Q_2 = c \cdot m_2 \cdot (t_c - t_2)$.

Розрахунок: $Q_2 = 4200 \cdot 0.1 \cdot (43 - 20) = 420 \cdot 23 = 9660 \text{ Дж}$.

Таблиця результатів

Заповнимо таблиці на основі наших розрахунків.

Висновок

Що визначали під час роботи?

Під час роботи ми порівнювали кількість теплоти, яку віддає гаряча вода при охолодженні, з кількістю теплоти, яку отримує холодна вода при нагріванні.

Значення яких величин обчислювали?

Ми обчислювали кількість теплоти, віддану гарячою водою ($Q_1$), і кількість теплоти, отриману холодною водою ($Q_2$). В нашому розрахунку $Q_1 = 11340 \text{ Дж}$, а $Q_2 = 9660 \text{ Дж}$.

Чи можна вважати результати експерименту абсолютно точними?

Ні, результати не є точними. Кількість теплоти, яку віддала гаряча вода, виявилася більшою за ту, що отримала холодна ($Q_1 > Q_2$). Це сталося через неминучі втрати тепла, яке пішло на нагрівання калориметра та навколишнього повітря, а також через можливі похибки вимірювання температури термометром.

Яку функцію виконує прошарок повітря в калориметрі?

Повітряний прошарок між стінками калориметра слугує теплоізолятором. Повітря погано проводить тепло, тому цей прошарок зменшує втрати енергії в навколишнє середовище.

Де здобуті знання можна використати на практиці?

Ці знання використовуються для розрахунку ефективності систем опалення, у роботі холодильних установок, теплових двигунів, а також у побуті, наприклад, коли ми змішуємо воду різної температури для ванни.

Додаткове завдання

Чи до однакової температури нагрілися ці тіла?

Так, якщо тіла достатньо довго перебували у воді, вони всі нагріються до однакової кінцевої температури, досягнувши теплової рівноваги з водою.

Чи однакову кількість теплоти передала тілам вода під час остигання?

Ні, тіла отримали різну кількість теплоти. Кількість теплоти, необхідна для нагрівання, залежить від питомої теплоємності речовини ($Q = c \cdot m \cdot \Delta t$). Оскільки питома теплоємність латуні, чавуну та свинцю різна, то й для нагрівання на однакову температуру їм знадобилася різна кількість теплоти.

Чи на однакову величину змінилася внутрішня енергія тіл?

Ні, внутрішня енергія тіл змінилася на різну величину. Зміна внутрішньої енергії прямо пропорційна отриманій кількості теплоти. Оскільки тіла отримали різну кількість теплоти, то і їхня внутрішня енергія змінилася по-різному.