12567

ТЕПЛОЕМКОСТЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ

Лабораторная работа

Физика

ОТЧЕТ по лабораторной работе №3 ТЕПЛОЕМКОСТЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ ВВЕДЕНИЕ Цель работы ознакомление с микроскопической теорией теплоемкости кристаллических тел ознакомление с установкой для измерения теплоемкости и измерение теплоемкости двух образцов. ...

Русский

2013-05-02

653 KB

9 чел.

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №3

ТЕПЛОЕМКОСТЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы – ознакомление с микроскопической теорией теплоемкости кристаллических тел, ознакомление с установкой для измерения теплоемкости и измерение теплоемкости двух образцов.

. ТЕОРИЯ

Теплоемкость представляет собой физическую характеристику тела и определяется отношением подведенного в некотором термодинамическом процессе тепла к вызванному этим теплом изменению температуры тела. Помимо свойств самого тела теплоемкость зависит от процесса подвода тепла.

Для кристаллических тел теплоемкости Ср и Сv отличаются очень мало и при первом приближении их можно считать совпадающими:

   

Для того чтобы теоретически получить выражение для теплоемкости кристалла, необходимо воспользоваться какой-либо динамической моделью кристалла. В первом приближении можно принять, что атомы (или ионы) в узлах кристаллической решетки совершают малые (тепловые) колебания около некоторых положений равновесие. Если считать, что каждый атом (ион) имеет три колебательных степени свободы, то весь кристалл, состоящий из N атомов, можно рассматривать как совокупность 3N линейных гармонических осцилляторов, имеющих одинаковую частоту колебаний.

Тогда дли энергии такого кристалла получим выражение;

Е = 3N е,                   (1.2)

где е - средняя энергия одного осциллятора. В классическом приближении:

, тогда E=3NkT и .

Переходя к молярной теплоемкости, получаем C=3N0k=3R.    (1.3)

Мы получили известный закон Дюлонга и Пти, согласно которому теплоемкость кристаллических тел одинакова и не зависит от температуры. Рассчитанная по формуле (1.3) величина теплоемкости находится в хорошем согласии с экспериментом при достаточно высоких температурах.

Однако на этой модели невозможно объяснить резкое уменьшение теплоемкости при низких температурах.

Дебай сопоставил осцилляторам не колебания отдельных атомов, а собственные упругие колебания твердого тела как целого. Он предложил спектр колебаний твердого тела трактовать как спектр однородной упругой среды. При этом для сохранения соответствия с числом 3N степеней свободы число независимых упругих колебаний (волн) тела считается равным 3N. Теперь для энергии кристалла вместо (1.1) следует записать выражение

. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Принципиальная схема экспериментальной установки

1 - образцы; 2 - колпак; 3 - фланец; 4 - электрический разъем; 5 - токовые и потенциальные выводы; 6 - патрубок вакуумной откачки калориметра

Рис. 1

Экспериментальная установка состоит из вакуумной системы, вакуумного калориметра и электрической части.

Устройство вакуумного калориметра показано на рис.1,

С целью уменьшения теплоотдачи от образцов 1 объем под колпаком 2 вакуумного калориметра откачивается.

Температура   образцов   измеряется   с   помощью медьконстантановых термопар, «горячие» спаи которых закреплены внутри образцов, а «холодные» спаи помещены в термостат То , температура которого поддерживается травной 0°С (температура таяния льда). ЭДС термопар измеряют цифровым вольтметром.

Нагрев образцов осуществляется с помощью нагревателей H1 и H2, изготовленных из манганиновой проволоки диаметром 0,00012 м, по которым пропускается электрический ток от регулируемого источника питания "Агат". Нагреватели навиты на слюдяную изоляцию и помещены внутрь образцов.  Падение напряжения на нагревателях  и  образцовом проволочном сопротивлении Ro=(l,015±0,001) Ом во время нагрева образцов измеряют тем же цифровым вольтметром В7-21. Время нагрева образцов отсчитывается по цифровому электронному секундомеру СЭЦ-100.

Откачка вакуумного калориметра осуществляется с помощью   форвакуумного насоса ЗНВР-Д до давления 0,01 мм рт.ст.

. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

3.1. Задание

3.1.1. Ознакомиться с теорией теплоемкости кристаллических тел и инструкциями к приборам.

3.1.2. Произвести экспериментальные измерения

3.1.3. Обработать экспериментальные данные

3.1.4. Провести сравнения измеренной величины с данными, полученными по формуле Дебая, а также с табличными данными .

3.2. Методика измерений

После откачки вакуумного калориметра включают нагрев первого образца (секундомер СЭЦ-100 отсчитывает время нагрева образца) и с помощью цифрового вольтметра измеряют падение напряжения сначала на нагревателе, потом на образцовом сопротивлении R0. После отключения нагрева (на секундомере делают сброс времени нагрева, и он начинает показывать время остывания образца) с помощью того же вольтметра измеряют ЭДС термопары через определенные промежутки времени.


. ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1. ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ

Результаты измерений приведены в таблице.

Таблица

Опытные данные
Рис.2


 (1)

 (2)

4.2. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

При обработке полученных результатов методом наименьших квадратов получаем для функции вида ln(T-T0)=ln-Kt (рис. 2) значения коэффициентов и их погрешностей:

  1.  A= (-3,30,1)*10-4;    B= (1,290.01).
  2.  A= (-1,10.1)*10-4;    B= (0.710.01).

Мы можем вычислить С используя найденный коэффициент А:

  1.  С1 = 19,681,03
    С2 = 19,58
    1,03
  2.  С1 = 21,911,63
    С2 = 21,88
    1,63

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе нами были изучена микроскопическая теория теплоемкости кристаллических тел. Проведено измерение температуры двух различных образцов в зависимости от времени. Результаты обработаны методом наименьших квадратов. Были экспериментально определены молярные теплоемкости образцов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27125. Сущность планирования 14.63 KB
  Формированию ассортимента предшествует разработка предприятием ассортиментной концепции построение оптимальной ассортиментной структуры товарного предпочтения учитывающих с одной стороны потребительские требования определенных сегментов а с другой стороны необходимость рационального использования предприятием ресурсов в целях снижения издержек. Иногда целесообразно создать отдел главной задачей которого было бы принятие принципиальных решений относительно ассортимента. Характеристика товарного ассортимента включает в себя: широту ...
27126. Функции планирования и система планов организации. Механизмы планирования: традиционный, сводный, целевой и адаптивный. Бизнес-план 116.21 KB
  Функции планирования и система планов организации. Механизмы планирования: традиционный сводный целевой и адаптивный. Бизнесплан В рамках функции планирования выделяют следующие подфункции: 1. Выполняемые подфункции планирования тесно связаны как между собой так и с выполнением других макрофункций организации.
27127. Цели и функции управления, их классификация. Управленческий цикл 14.7 KB
  Управленческий цикл Классификация целей управления: по содержанию например экономические социальные политические идеологические научнотехнические; по уровням управления общегосударственный отраслевой межотраслевой территориальный и локальный. Классификация функций органов управления: основные предметные функции для осуществления которых образован соответствующий орган исполнительной власти государственного управления; обеспечивающие функции которые необходимы для успешной реализации предметных функций. Для осуществления...
27128. Функции управления. Управленческие циклы 198.5 KB
  Функции управления. Функция управления определенный вид управленческой деятельности который либо осуществляется достаточно регулярно и часто либо данный вид работ выполняется нерегулярно но их результаты имеют существенные последствия для организации. Я ПОДУМАЮ это определение слова функция Функции управления исходя из их роли в управлении предприятием делят на: 1. Классическим делением функций управления на подфункции является их деление по стадиям управленческого цикла.
27129. Ценовая политика 34 KB
  Ценовая политикаэто определение и поддержание на оптимальном уровне цен на товары с учетом их взаимосвязи в рамках ассортимента в условиях конкретного рынка а также своевременное изменение цен по товарам и рынкам для достижения максимально возможного успеха в конкретной рыночной ситуации. Структура ценовой политики: исходное ценообразование на товар ценообразование в рамках товарной номенклатуры изменение цены контроль за уровнем наценок устанавливаемых посредником создание барьеров по удержанию покупателей разработка программ...
27130. Конкурентные преимущества товара и фирмы на рынке 14.51 KB
  Конкурентное преимущество характеристики свойства марки или товара которые создают для фирмы определенное превосходство над прямыми конкурентами. Эти характеристики могут относиться как к самому товару так и к дополнительнымуслугам формам производства сбыта или продаж специфичным для фирмы или товара. Конкурентное преимущество это те характеристики свойства товара или марки которые создают для фирмы определенное превосходство над своими прямыми конкурентами.
27131. Ситуационное лидерство (ситуационное руководство) 14.5 KB
  Ситуационное лидерство ситуационное руководство это стиль управления людьми предполагающий использование одного из четырех стилей управления в зависимости от ситуации и уровня развития сотрудников по отношению к задаче. Стили лидерства: Директивный стиль или Лидерство путем приказа высокая ориентация на задачу и низкая на людей. Наставнический стиль или Лидерство путем продажи идей совмещение высокой ориентированности на задачу и на людей. Поддерживающий стиль или Лидерство путем участия в организации процесса работы высокая...
27132. Оценка эффективности электронных и квазиэлектронных предприятий. Total Cost Ownership, Balanced Scorecard 36.5 KB
  в среднем можно ожидать около 5 учитывая что привлекать мы будем именно потенциальных покупателей а не случайных людей. Расчет: Колво покупателей = колво посетителей 100 х конверсии = 240.000 покупателей за 6 месяцев. Валовая прибыль = колво покупателей х средний чек = 12.
27133. Структурированная процесс-модель «бизнес-контент-менеджмент» 1.85 MB
  Структурированная процессмодель бизнесконтентменеджмент Одно из главных требований предъявляемых к построению современного электронного бизнесрешения как можно более быстрая трансформация бизнесидеи в конкретное решение которое соответствует запросам пользователя не требует значительных расходов на поддержку функционирует эффективно и с невысокими издержками и имеет стройную организацию. Структурированная процессмодель дает солидную основу для старта проекта Процессмодель концепция бизнес контент менеджмент состоит из...