3836

Определение удельной теплоты парообразования

Лабораторная работа

Физика

Определение удельной теплоты парообразования Приборы и принадлежности: Кипятильник, сухопарник, термометр, штатив, технические весы, разновес, барометр-анероид, калориметр, сосуд с водой, стакан. Рис. 12 Теория работы и описание приборов Парообразов...

Русский

2012-11-08

135 KB

68 чел.

Определение удельной теплоты парообразования

Приборы и принадлежности:

Кипятильник, сухопарник, термометр, штатив, технические весы, разновес, барометр-анероид, калориметр, сосуд с водой, стакан.

Рис. 12

Теория работы и описание приборов

Парообразованием называется переход вещества из жидкого состояния в пар. Парообразование, происходящее при любых температурах с открытой поверхности жидкости, называется испарением.

Явление испарения объясняется тем, что молекулы жидкости обладающие достаточно большой кинетической энергией, преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают с её поверхности, что ведёт к уменьшению внутренней энергии жидкости, т. е.  ее охлаждению. Обратный процесс перехода пара в жидкость называется конденсацией.

Процессы испарения и конденсации идут одновременно и пар. находящийся в динамическом равновесии с жидкостью, называется насыщенным.

Давление (упругость) насыщенного пара возрастает с повышением температуры. При нагревании жидкости до температуры, при которой давление её насыщенных паров станет равным внешнему (атмосферному) давлению, испарение жидкости будет происходить не только с поверхности, во и во всем её объёме, где начинают возникать пузырьки пара, всплывающие на поверхность и разрывающиеся над ней. Бурное выделение паров изнутри жидкости называется кипением. В течение всего процесса кипения температура остаётся постоянной, если кипение жидкости происходит при постоянном давлении. Чтобы жидкость кипела, необходимо нагреть её до температуры кипения, а затем сообщить добавочное количество тепловой энергии.

Количество теплоты, необходимое для превращения в пар единицы массы жидкости, нагретой до температуры кипения, называется удельной теплотой парообразования – r. При конденсации не происходит понижения температуры пара. При этом выделяется теплота за счёт уменьшения потенциальной энергии молекул вещества[I~И переходе его из одного агрегатного состояния в другое. Количество теплоты, выделяемое в окружающую среду при переходе единицы массы пара в жидкое состояние называется удельной теплотой конденсации. (Удельная теплота конденсации равна удельной теплоте парообразования).

Удельная теплота парообразования r идёт на работу А, совершаемую молекулами при прохождении сквозь поверхностный слой жидкости, и на работу А связанную с увеличением удельного объема V0 вещества при его переходе из жидкого состояния в газообразное: r = А + А’. Толщина поверхностного слоя, в пределах которого на молекулу действуют силы притяжения, равна радиусу молекулярного действия R. Обозначив среднюю силу, действующую на длине этого радиуса молекулярного действия через F, получим выражение для работы вырывания одной молекулой: А = FR.

Работа А, совершаемая всеми молекулами, находящимися в единице массы жидкости:

где n – число молекул в единице массы.

Работа расширения ,

где – удельный объем пара, т.е. объём занимаемый единицей массы пара;

V0 – удельный объём жидкости;

р – давление, при котором происходит кипение.

Тогда

Это соотношение не позволяет непосредственно вычислить значение r так как остаются неизвестными F и R, но оно показывает, что r зависит от той же силы молекулярного взаимодействия F, которая обулавливает и наличие поверхностного натяжения. Для определения удельной теплоты парообразования пользуются калориметрическим методом, для чего составляют на основании опыта уравнение теплового баланса. Установка для такого опыта изображена на рис. 12.

Пар из сосуда В через сухопарник С поступает в калориметр К с водой, где конденсируется, нагревая при этом воду.

Предполагая‚ что тепловой обмен происходит без потери тепла в окружающую среду, можно составить уравнение теплового баланса:

где – количество теплоты, отданное паром при конденсации его в жидкость;

– масса сконденсированного пара;

– количество теплоты, выделенное при охлаждении образовавшейся из пара воды от температуры конденсации t1 до температуры смеси t;

– количество теплоты, полученное водой в калориметре при прохождении пара;

– количество теплоты, полученное калориметром, где с и с1  – удельные теплоемкости воды и калориметра,

m1 и m2  – масса воды в калориметре и внутреннего сосуда калориметра;

t0 – начальная температура воды и калориметра;

t – температура смеси.

Подставив значения Q1, Q2, Q3, Q4 в (1), получим

,

откуда

                                                          (2)

Порядок выполнения работы

  1.  Убедившись, что в кипятильнике В есть вода, нагревают её до кипения.
  2.  Определяют массу m1 внутреннего cсосуда калориметра.
  3.  Наливают в калориметр воды до 3/4 объёма и определяют массу калориметра с водой m2, тогда масса воды m=m2-m1.
  4.  Измеряют начальную температуру воды и калориметра t0.
  5.  После того, как вода закипит и из трубки сухопарника С начнёт выходить пар, опускают конец стеклянной трубки в калориметр на глубину 2—3 см (до интенсивного парообразования под трубкой ставят стакан).
  6.  Помешивая термометром воду в калориметре, наблюдают затем температурой. После повышения температуры на 5-6°C вынимают стеклянную трубку из калориметра, отставляют его (на его место опять ставят стакан, чтобы вода не капала на стол) и, тщательно перемешивая, отсчитывают максимальную температуру смеси t.
  7.  Определяют общую массу м3 калориметра с водой и водой, образованной из пара m0:

m0=m3-m2

  1.  Определяют удельную теплоту парообразования по формуле (2)
  2.  Все результаты измерений и вычислений заносят в таблицу.
  3.  Опыт повторяют ещё раз. Из найденных двух значений <r> находят среднее значение <r>.

Таблица наблюдений

m1

m2

m

m3

m0

t0

t1

t

r

<r>

Ед. изм.

кг

кг

кг

кг

кг

0С

0С

0С

1.

2.

3.

Справочная таблица

Удельная теплоемкость

вода

с

4190

алюминий

с1

890

Контрольная вопросы

  1.  Что называется парообразованием, испарением, кипением, конденсацией?
  2.  От чего зависит скорость испарения жидкости?
  3.  Что называется удельной теплотой парообразования?
  4.  Как зависит температура кипения от внешнего давления?
  5.  Какой пар называется насыщенным?
  6.  Объяснить явление испарения и кипения с точки зрения молекулярно-кинетической теории.
  7.  Почему испарение сопровождается охлаждением, а конденсация выделением теплоты?
  8.  Почему не повышается температура кипящей жидкости при её нагревании?
  9.  Выведите формулу для определения удельной теплоты парообразования.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27429. Методика обучения как педагогическая наука. Предмет методики. Современное понимание содержания и структуры образования. Специфика художественного образования и обучения искусству 30 KB
  Современное понимание содержания и структуры образования. Специфика художественного образования и обучения искусству. Содержание образования это социальный опыт деятельности. В содержание образования входит 4 компонента: знания; умения навыки; опыт эмоциональноценностных отношений; опыт творческой деятельности.
27430. Методы обучения искусству в эпоху Возрождения. Школа-мастерская.Ченнино Ченнини, Альберта, Леонардо да Винчи, А.Дюрер.Методы обрубовки.Метод завесы 38 KB
  Методы обучения искусству в эпоху Возрождения. Постановка обучения в эпоху Возрождения представляла собой следующие этапы. После 6 8 лет обучения ученик мог остаться в мастерской в качестве помощника но мог и перейти к другому мастеру. Основа обучения рисунок.
27431. Особенности развития художественного образования в России и за рубежом конца 19-начала 20 в. История становления современной системы художественного образования в общеобразовательной школе. Истоки многообразия концепций и подходов 39 KB
  Особенности развития художественного образования в России и за рубежом конца 19начала 20 в. История становления современной системы художественного образования в общеобразовательной школе. определяется приоритетным значением в среде художественнопедагогической общественности как в нашей стране так и за рубежом идея всеобщего эстетического и художественного воспитания. Ведущим в данный период развития художественного образования становится лозунг от ребёнка к методу.
27432. Основные дидактические принципы, методы, средства и ресурсы обучения искусству, их взаимосвязь и взаимозависимость в педагогической практике 36 KB
  Основные дидактические принципы методы средства и ресурсы обучения искусству их взаимосвязь и взаимозависимость в педагогической практике. Основные дидактические положения методики преподния изоискусства. С методологической и методической точки зрения неверна теория утверждающая что раз все люди поразному видят и поразному воспринимают мир то и натуру они могут передавать поразному как видят. Принципы и методы обучения изоискусству концепции Приобщение к мировой художественной культуре как части духовной культуры Б.
27433. Особенности проблемного обучения изобразительному искусству в школе. Понятие проблемы и проблемной ситуации в обучении искусству. Специфика организации, проектирования/ моделирования проблемной ситуации на уроках ИЗО 33.5 KB
  В программе она формулируется как задача формирования художественнотворческой активности школьника. Познавательная усвоение способов постижения и организации художественного образа. Основные типы проблем: познание способов методов художественного творчества усвоение способов создания художественного образа специфики языка искусства усвоение приемов изобразительной деятельности. Первый тип проблем объединяет проблемы художественного образного обобщения фактов явлений объектов предметов действительности через художественный замысел.
27434. Урок изобразительного искусства как форма организации и управления художественно-познавательной и творческой деятельностью учащихся. Особенности структуры и оргформ в контексте целей и содержания различных концепций и программ обучения искусству 31.5 KB
  Урок изобразительного искусства как форма организации и управления художественнопознавательной и творческой деятельностью учащихся. Эта разница особенности различных подходов к художественному образованию проявляется и на уроке т. Эти особенности проявляются и в построении структуре урока его проектировании моделировании оценке результатов. Понимание этапов процесса обучения структуры урока зависит от типа обучения: традиционное развивающее проблемное программированное и т.
27435. Традиционная и инновационная структуры урока искусства. Урок-трансляция и урок содержательной коммуникации 33 KB
  Традиционная и инновационная структуры урока искусства. Программа обучения задаётся через предметность содержания класснопоурочную систему тематическое планирование планирование каждого урока. Под структурой урока следует понимать соотношение элементов этапов звеньев урока в их определенной последовательности и взаимосвязи между собой. Элементами урока являются: организационный момент; проверка знаний предыдущего учебного материала логически связанного с содержанием данного урока; переход к новому материалу; изучение нового материала;...
27436. Особенности авторского урока. Педагогическая драматургия авторского урока искусства; элементы театрализации. Сценарий урока: замысел, сюжет, режиссура, «сценография», «персонажи» и «роли», эстетические эффекты и последствия 32 KB
  Особенности авторского урока. Педагогическая драматургия авторского урока искусства; элементы театрализации. Сценарий урока: замысел сюжет режиссура сценография персонажи и роли эстетические эффекты и последствия. можно говорить об авторском характере урока искусства.
27437. Методика организации и проведения анализа и оценки детских работ. Критерии оценки. Специфика диагностики уровня общего и художественного развития учащихся 37 KB
  Специфика диагностики уровня общего и художественного развития учащихся. Программа Изобразительное искусство и художественный труд определяет главной задачей развитие у учащихся способности сопереживать понимать осознавать свои переживания в контексте истории культуры. На основании вышеизложенного учителям изобразительного искусства нужно определять систему оценивания художественнотворческих достижений учащихся в условиях современного обучения из сущности следующих составляющих: 1 что оценивать что именно подлежит оцениванию в...