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

25971. Аудиторская проверка финансовой (бухгалтерской) отчетности экономического субъекта 40.5 KB
  Цель аудита финансовых результатов и распределения прибыли установление достоверности отражения в учете и отчетности прибылей и убытков предприятия законности распределения и использования прибыли остающейся в распоряжении предприятия после налогообложения. Основными задачами данного вида аудита являются: оценка соответствия бухгалтерской финансовой отчетности данным синтетического и аналитического учета составляющих конечного финансового результата; подтверждение соответствия оформленных предприятием бухгалтерских операций...
25972. Сущность аудиторских доказательств 37 KB
  Аудитор в процессе проверки должен получить достаточную и достоверную информацию свидетельства доказательства которая подтвердит что бухгалтерская финансовая отчетность отражает финансовое положение предприятия а также что она составлена в соответствии стандартов и законодательству РФ. Отнести к аудиторским доказательствам можно: первичные документы; бухгалтерские записи; полученная из других источников информация. Оценить количественную меру доказательств достаточность и качественную меру смысловой нагрузки доказательства к...
25973. Аудиторские процедуры 29.5 KB
  Собирая доказательства аудиторы используют следующие процедуры: проверку арифметических расчетов клиента в зависимости от плана аудиторской проверки оценки системы внутреннего контроля и риска аудиторского она может быть выборочной или сплошной; наблюдение или участие в инвентаризации различных активов клиента инвентаризация в данном случае рассматривается как метод получения ценных и достоверных доказательств о реальности и точности активных статей баланса и фактов совершения хозяйственных операций; наблюдение за выполнением отд. Для...
25974. Аудиторский риск. Анализ компонентов риска 35 KB
  Анализ компонентов риска Аудит базирующийся на риске это такой вид аудита когда проверка может производиться выборочно исходя из условий работы предприятия в основном узких мест критических точек в его работе. Сосредоточив аудиторскую работу в областях где риски выше можно сократить время затрачиваемое на проверку областей с низким риском. С проведением аудита непосредственно связаны следующие виды риска: предпринимательский и аудиторский.
25975. Аудиторское заключение 35 KB
  Аудиторское заключение – официальный документ предназначенный для пользователей бухгалтерской финансовой отчетности аудируемых лиц содержащий выраженное в установленной форме мнение аудиторской организации индивидуального аудитора о достоверности бухгалтерской финансовой отчетности аудируемого лица. Заключение аудиторской организации по результатам проверки годовой отчетности является неотъемлемым элементом годовой бухгалтерской отчетности для предприятий подлежащих в соответствии с действующим законодательством обязательному аудиту....
25976. Аудит сохранности и учета производственных запасов 58.5 KB
  Целью аудита МПЗ является формирование мнения о достоверности показателей отчетности по статьям материальных ценностей «Запасы» и о соответствии применяемой в организации методики учета и налогообложения, действующим в Российской Федерации нормативным документам.
25977. Аудит учета готовой продукции, её отгрузки и реализации 39.5 KB
  Далее уточняется как оценивается готовая продукция; правильность оценки и определения себестоимости каждого вида продукции; правильность расчета отклонений фактической себестоимости от плановой нормативной и составления бухгалтерских проводок по учету готовой продукции; соответствие данных аналитического учета готовой продукции с данными синтетического учета. Полноту оприходования произведенной продукции можно проверить путем составления альтернативного баланса расхода сырья и материалов выхода готовой продукции исходя из нормативных...
25978. Аудит учета нематериальных активов 40 KB
  При анализе системы внутреннего контроля аудитор обращает внимание на следующее: определен ли круг лиц ответственных за сохранность нематериальных активов; каким образом организация обеспечивает неразглашение коммерческой тайны; создана ли комиссия по приемке нематериальных активов; проводится ли инвентаризация нематериальных активов. Чтобы сделать вывод об организации бухгалтерского учета аудитор анализирует учетную политику на момент раскрытия в ней информации: о способах оценки нематериальных активов приобретенных не за...
25979. Холодная пластическая деформация 169 KB
  Основными механизмами сдвиговой пластической деформации кристаллических тел являются скольжение и двойникование. Скольжение - это такое перемещение одной части кристалла относительно другой, при котором кристаллическое строение обеих частей остается неизменным