50054

Определение теплоемкости твердого тела

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: 1 измерение зависимости повышения температуры исследуемого образца в муфельной печи от времени; 2 вычисление по результатам измерений теплоемкости исследуемого образца. В любой момент времени количество тепла поступившее от электронагревателя идет на нагрев установки и на излучение в окружающую среду: [2] Величина Qпотерь пропорциональна разнице температур между печью и окружающим воздухом и может быть принята равной нулю в начальный момент времени. Прямое определение величин в уравнении [2] в начальный момент...

Русский

2014-01-15

116 KB

52 чел.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)

Кафедра Общей и технической физики

(лаборатория виртуальных экспериментов)

Определение теплоемкости твердого тела

Методические указания к лабораторной работе № 6

для студентов всех специальностей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2010

УДК 531/534 (075.83)

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА: Лабораторный практикум курса общей физики. Смирнова Н.Н., Фицак В.В. Чернобай В.И. / Санкт-Петербургский горный институт.  С-Пб, 2010, 14 с.

Лабораторный практикум курса общей физики по статистической физике и термодинамике предназначен для студентов всех специальностей Санкт-Петербургского горного института.

С помощью учебного пособия студент имеет возможность, в предварительном плане, ознакомиться с физическими явлениями, методикой выполнения лабораторного исследования и правилами оформления лабораторных работ.

Выполнение лабораторных работ практикума проводится студентом индивидуально по графику.

Табл. 3. Ил. 2. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор доц. Н.Н. Смирнова

©   Санкт-Петербургский горный институт   им. Г.В. Плеханова, 2010 г.

Цель работы:  

1) измерение зависимости повышения температуры исследуемого образца в муфельной печи от времени;

2) вычисление по результатам измерений теплоемкости исследуемого образца.

Определение теплоемкости тел обычно производится путем регистрации количества тепла Q, полученного телом, и соответствующего изменения температуры этого тела dT. Теплоемкость определяется как:

      [1]

Надежность измерения определяется в основном качеством калориметра. Необходимо, чтобы количество тепла, затрачиваемое на нагревание исследуемого тела, было существенно больше тепла, расходуемого на нагревание калориметра, и на потери, связанные с утечкой тепла из установки. При измерении теплоемкости твердых тел стараются или обеспечить как можно более полную теплоизоляцию тела от окружающей среды, или наоборот, не принимая специальных мер к теплоизоляции, учитывают при расчете потери тепла в окружающее пространство.

Данная работа проводится на стандартном лабораторном оборудовании и предполагает при расчетах учет потерь тепла. Рассмотрим тепловой баланс установки при нагреве. В любой момент времени количество тепла, поступившее от электронагревателя идет на нагрев установки и на излучение в окружающую среду:

    [2]

Величина Qпотерь пропорциональна разнице температур между печью и окружающим воздухом, и может быть принята равной нулю в начальный момент времени. Прямое определение величин в уравнении [2] в начальный момент времени невозможно, но подлежит косвенному вычислению. Для этого преобразуем [2], учитывая, что мощность нагревателя P равна Qнагр/t  (t - интервал времени):

    [3]

В уравнении [3] слагаемое  при t = 0 равно нулю, а значение  может быть найдено из графика зависимости  T = f(t).

Экспериментальная установка

В работе используются: муфельная печь 1, содержащая электронагреватель 2, вентилятор обдува 3; термопара 4; цифровой термометр 5; регулируемый источник питания 6; выключатель нагрева 7; таймер 8.

 

Схема установки изображена на рисунке 1. Вентилятор обдува 3 предназначен для равномерного распределения тепла внутри печи. Электронагреватель 2 подключен к регулируемому источнику питания постоянного тока 6, контроль напряжения и тока осуществляется вольтметром и амперметром, входящими в источник питания. Для измерения температуры воздуха служит термопара 4, подключенная к цифровому термометру 5.

ЗАДАНИЕ

1. Запустите лабораторную работу. Отметьте в лабораторном журнале характеристики (масса и материал) полученного образца.

2. Включите источник питания, установите напряжение, указанное преподавателем (или выбранное самостоятельно). Нагрев печи включается кнопкой "ВКЛ", расположенной на пульте НАГРЕВ только при закрытой дверце печи. Для закрывания/открывания дверцы надо нажать на нее левой кнопкой мыши.

3.   Включите вентилятор обдува.

4. Не помещая исследуемый образец в печь, закройте дверцу, включите нагрев и одновременно запустите секундомер. Через интервалы времени 2040 сек. запишите значения температуры. Всего надо сделать 68 измерений. Также запишите значения напряжения  и силы тока I. Выключите нагрев, откройте дверцу печи (для ускорения остывания).

5.  Для каждого интервала времени t найдите соответствующее изменение температуры T и посчитайте значения . Нанесите полученные точки на  координатную плоскость (, ), располагая значения  посередине временного интервала измерения (те есть, если измерения проводились через 30 сек, то значение , посчитанное на интервале 030 сек. соответствует времени 15 сек). Проведите через точки прямую, продолжая ее до пересечения с осью абсцисс, определите по графику значение  при t = 0, пересчитайте значение к . По формуле

      [4]

рассчитать собственную теплоемкость печи CП.

6.  После остывания печи поместите в нее исследуемый образец (для внесения/убирания образца надо нажать на него левой кнопкой мыши при открытой дверце).

7.  Повторите измерения и вычисления по п.п. 4 и 5, изменив, если требуется, напряжение питания.

Результаты измерений занести в таблицу:

Физ. величина

t

T1

T2

СП

С

Со

с

Ед. измерений

Номер опыта

с

К

К

1

n

Для получения приемлемой погрешности при проведении измерений необходимо, чтобы температура повышалась не менее, чем на 34 С за интервал измерения. По формуле [4] будет определена суммарная теплоемкость печи и образца С. Найдите теплоемкость образца Со:

      [5]

Рассчитайте удельную теплоемкость:    .

Сравните со справочными значениями.

библиографический список

учебной литературы

  1.  Калашников Н.П. Основы физики. М.: Дрофа, 2004. Т. 1
  2.  Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1998. Т. 2.
  3.  Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000.
  4.  Иродов И.Е  Электромагнетизм. М.: Бином, 2006.
  5.  Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1998.

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7728. Надзвичайні ситуації мирного часу 85.46 KB
  Надзвичайні ситуації мирного часу Програмна анотація Класифікація надзвичайних ситуацій. Причини виникнення надзвичайних ситуацій. Природні надзвичайні ситуації. Надзвичайні ситуації антропогенного характеру. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Надзви...
7729. Характеристика осередків ядерного, хімічного та бактеріологічного враження 187.41 KB
  Характеристика осередків ядерного, хімічного та бактеріологічного враження Програмна анотація Осередок ядерного враження. Осередок хімічного враження. Осередок бактеріологічного враження. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Ядерна зброя Термоядерні бо...
7730. Екологічна безпека 1.69 MB
  Екологічна безпека Програмна анотація Глобальні екологічні проблеми. Екологія харчових продуктів. Економіка екології. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Екологія Зміна екологічної рівноваги Парниковий ефект Озонові діри Кислотні дощ...
7732. Організація та завдання цивільної оборони України 208.5 KB
  Організація та завдання цивільної оборони України Програмна анотація Організація цивільної оборони на Україні. Організація цивільної оборони на господарських об’єктах. Основи стійкості господарських об’єктів в умовах надз...
7734. Захист населення в умовах надзвичайних ситуацій 785 KB
  Захист населення в умовах надзвичайних ситуацій Програмна анотація Заходи та засоби захисту населення в умовах надзвичайних ситуацій. Організація і проведення рятувальних та невідкладних робіт у районах лиха. Організація рухомих пу...
7735. Психологическая коррекция и ее виды 98 KB
  Психологическая коррекция и ее виды В жизни довольно часто приходится встречаться с проблемами и вопросами, относящимися к области психологии. Человек устроен таким образом, что ему свойственно стремиться к внутреннему равновесию, гармонии...
7736. Особенности составления психокоррекционных программ 69.5 KB
  Особенности составления психокоррекционных программ. Принципы составления и основные виды психокоррекционных программ Основные принципы составления психокоррекционных программ Составляя различного рода коррекционные программы, необходимо опирать...