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

79695. Математика Християнського середньовіччя та епохи Відродження 485.53 KB
  Опанувавши елементарні знання, кращі учні монастирських і соборних шкіл вивчали «сім вільних мистецтв», які поділялися на дві частини: тривіум (граматика, риторика, діалектика) і квадривіум (арифметика, геометрія, астрономія, музика)
79696. Математика в Стародавньому Китаї 245.75 KB
  Періоди розвитку математики в Китаї Древнє математичне Десятікніжье Математика Китаю Висновок Список літератури Введення Математика в Китаї розвивалася з глибокої давнини і досягла свого найбільшого розвитку до XIV ст. Наша увага буде приділена математики стародавнього Китаю в період з II ст. Історія математики стародавнього Китаю розглядається в роботі у вигляді декількох глав кожна з яких є по суті незалежної один від одного про найбільш характерні проблеми математики стародавнього...
79697. Основні етапи розвитку математики 70.41 KB
  Основні етапи розвитку математики. Основні етапи становлення сучасної математики. Основні етапи розвитку математики. Історію математики не можна розглядати у відриві від історії розвитку філософії і науки в цілому бо усі ці три інтелектуальні пізнання тісно повязані між собою і роблять вплив один на одного як за часів Стародавнього світу так і в Новий час.
79698. Развитие математики 37.52 KB
  История развития математики это не только история развития математических идей понятий и направлений но это и история взаимосвязи математики с человеческой деятельностью социально-экономическими условиями различных эпох.Становление и развитие математики как науки возникновение ее новых разделов тесно связано с развитием потребностей общества в измерениях контроле особенно в областях аграрной промышленной и налогообложения. Первые области применения математики были связаны с созерцанием звезд и земледелием.
79699. Андрей Николаевич Колмогоров - историк математики 29.4 KB
  В случае с историей математики это выглядит даже более естественно чем с физикой: напомню что свою научную карьеру в самом начале 20х гг. Статья начинается с определения математики данного Ф. Согласно Колмогорову история эта распадается на четыре этапа: 1 период зарождения математики на протяжении которого был накоплен достаточно большой фактический материал 2 период элементарной математики начинающийся в VIV вв.
79700. Нормативно-правовой акт и его виды 41.5 KB
  Обозначенные отличия нормативно-правового акта от иных источников права являются и выражением основных признаков нормативно-правового акта. Что касается видов, тот требуется более четкого рассмотрения каждого в по отдельности, как закона так и подзаконного акта.
79701. Правотворчество и систематизация законодательства 61 KB
  К способам правотворчества относят: Принятие нормативноправовых актов органами государства Принятие нормативных актов народом путем референдума Заключение различного рода нормативных договоров Признание юридических прецедентов Санкционирование обычаев или норм выработанных негосударственными организациями. В юриспруденции выработан ряд принципов правотворчества выражающихся в следующих закрепленных принципах: Принцип демократизма население должно привлекаться к участию в правотворчестве а его мнение учитываться при разработке и...
79702. ТИПЫ ПРАВА 42.5 KB
  В теории права существуют два подхода к типологии: формационный и цивилизационный. Основное место в классификации подходов отдано рассмотрению типов права, выделяемых в рамках первого - формационного подхода.
79703. ПРАВОВЫЕ СЕМЬИ СОВРЕМЕННОСТИ 65.5 KB
  Современная юридическая наука изучая теорию права предпочитает оперировать не понятием тип права а такими научными категориями как правовая система и правовая семья. Соответственно выделяют следующие основные правовые семьи: романогерманскую континентальную; англосаксонскую семью общего права; семью социалистического права; мусульманскую; африканскую. Строгая иерархия источников форм права среди которых безусловно главным является закон. Деление права на частное и публичное.