9610

Визначення питомої теплоти фазового переходу першого роду при темпратурі кипіння

Лабораторная работа

Физика

Визначення питомої теплоти фазового переходу першого роду при темпратурі кипіння Мета роботи -вивчення явища фазового переходупершогороду у процесах пароутворювання і конденсації води. Переход речовини з однієї фази до іншої може супрово...

Украинкский

2013-03-14

59 KB

3 чел.

Визначення питомої теплоти фазового переходу першого роду при темпратурі кипіння

Мета роботи -вивчення явища фазового переходу першого роду у процесах пароутворювання і конденсації води.

Переход речовини з однієї фази до іншої може супроводжуватися поглинанням або виділенням тепла. Такі переходи називаються фозовими переходами першого роду. Існують також переходи , які не пов’язані з поглинанням і виділенням тепла. Вони називаються фазовими переходами другого роду. Якщо у процессі фазового переходу тиск підтримується сталим , то температера не змінюється : при цьому у кожному тискові однозначно відповідає температура фазового переходу. Фазовий перехід першого роду кількісно характерезується питомою теплотою фазового переходу. Так перехід рідкої фази у пароподібну характере-зують  питомою теплотою пароутворення. Величина , яка чисельно дорівнює кількості тепла, необхідного для перетворення одиниці маси рідини за температури кипіння у пару тієї ж температури, називається питомою теплотою пароутворення. Така ж кількість тепла виділяється у процесі конденсації одиниці маси пари.

У цій роботі питома теплота пароутворення визначається шляхом знаходження питомої теплоти конденсації пари.

Під час випаровування вилітають найбільш швидкі молекули, що спричиняє зменшення температури рідини. Для підтримання сталої температури необхідно надавати енергію зовні. За рахунок кінетичної енергії молекул, що вилетіли з рідини, здійснюється робота, по - перше проти поверхневих сил , де - число молекул в одиниці маси,   середня величина поверхневих сил, - вістань на якій діють ці сили. По-друге, проти зовнішнінього тиску, через те , що випаровування супроводжується збільшенням питомого об’єму речовини .Якщо випаровування відбувається за сталого зовнішнього тиску, то робота проти сил зовнішнього тиску дорівнює ( - ), де та - відповідно питомі об’єми пари та рідини ( питомим об’єммом називають об’єм , що його займає одиниця маси речовини).Таким чином =     + ( - ).

Звідси випливає , що питома теплота пароутворення при збільшенні температури зменшується .Дійсно, з підвищенням температури зростає гутина насиченої пари біля поверхні рідини, що призводить до зменшення (компенсації ) сил, що діють у поверхневому шарі і, таким чином, до зменшення першого додана     .

Крім цьго, з підвищенням температури зменшується різниця питомих об’ємів ( - ) рідини та пари. За критичної температури питома теплота пароутворення стає рівною нулю.

У цій роботі експкрементально визначається питома теплота пароутворення води при атмосферному тиску.

Основним елементом експерементальної установки є калориметр 1 (рис.1) . Він удає з себе металевий циліндр , який вміщено у теплоізолюючий кожух з кришкою для запобігання втрати тепла. До цього кожуха прикріплена стійка 2, на якій при допомозі рухомого кронштейна 3 закріплюється мотор з мішалкою 4 та термометр. В середині колориметра вміщується змієвик 5, який  за допомогою зварювання з’єднаний з коробкою – збірником 6, що призначена  для збору конденсованої пари(конденсату). Коробка-збірник  має вентеляційну трубочку 7. Водяна пара утворюється у кип’ятильнику 8.Нагрівання здійснюється електричною плиткою.

Ідея досліду в тому, що пара при температурі кипіння, проходячи через змійовик та конденсуючись у ньому, віддає тепло калориметру, воді та зануреним у неї деталям.

Складемо рівняння теплового балансу

 m3l+m2C2(t2-q)=(m1C1+m2C2+K)(q-t1),

де

 K  теплоємність калориметра, мішалки та зануреної частини термометра;

 m1маса змійовика,

 C1 питома теплоємність змійовика,

 t1 початкова температура калориметра, води та занурених у неї деталей,

 q їх кінцева температура,

 m2 – маса води у калориметрі,

 l – питома теплота пароутворення,

 m3 – маса пари, що сконденсувалася,

 t2 початкова температура пари та сконденсованої води(температура , при якій відбувається конденсація пари),

 m4 - маса змійовика з конденсатом.

Звідси  l= .

Методика виконання роботи.

  1.  Після переконання в тому, що кип’ятильник заповнений водою, вімкнути електричкну плитку в електричну мережу.
  2.  Зважити порожній колориметр.
  3.   Заповнити колориметр водою (1.5-2 л) та зважити заповнений колориметр і помістити в термостат.
  4.  Зважити ретельно просушений змієвик і установити його у колориметр, закріпити.
  5.  Коли із з’єднувальної гумової трубочки надітої на патрубок кип’ятильника, почне діяти інтенсивний струмінь пари, ввімкнути мотор мішалки та заміряти початкову температуру води у колориметрі. Це буде температура колориметра з усіма вміщеними в ньому деталями.
  6.  Безпосередньо після заміру початкової температури з’єднати гумову трубочку з змієвиком.
  7.  Коли температура води у колориметрі зростає на 8-10 0 С, відімкнути пару та після тривалого перемішування води заміряти кінцеву температуру і вимкнути мотор мішалки.
  8.  Витягнути змієвик з колориметра, ретельно витерти ганчіркою зовні та зважити його. Зрозуміло, різниця кінцевого і початкового результатів зважування визначить масу сконденсованої пари.

Маючи на увазі, що теплоємність з калориметра , мішалки і термометра К=850 Дж/К питома теплоємність змієвика =65Дж/кг.К ), на основі закону збереження енргії скласти рівняння теплового балансу, із якого визначити величину питомої теплоти пароутворе-ння.Тепломність води дістати із  нижче наведеної таблиці для середньої темпепратури води.

0

0

5

10

15

20

25

30

35

Питома теплоємність

води,С10-3ДЖ/ кг-К

4.229

4.209

4.197

4.191

4.186

4.183

4.179

4.179

Похибку вимірів маси рідини у колориметрі та конденсату визначати половиною найменшої поділки вагів у відповідності з числом зважувань.

Похибку визначення питомої теплоти пароутворювання  обчислити методом диференціювання. У вступі до лабораторної роботи М-1 наведено приклад складання рівняння теплового балансу та обчислення похибки вимірювання для даної роботи.

Література

1.Савельев И.В. Курс общей физики.Т. .М.. «Наука», 1968, с. 391-393.

2.Фриш С.Э.. Тиморва А.В. Курс общей физики, Т. .М.. Физматгиз 1962, с. 328-331.

Контрольні запитання

  1.  Мета роботи?
  2.  Що називають фазовими переходами першого і другого роду? Навести приклади цих переходів.
  3.  Що називають питомою теплотою пароутворення ?
  4.  Що називають питомим об’ємом?
  5.  Проти яких сил здійснюється роботи за рахунок кінетичної енергії молекул , що вилетіли з рідини?
  6.  Як і чому змінюється питома теплота пароутворення зі збільшенням температури та до якого значення вона прямує?
  7.  Як визначається похибка вимірів маси води у колориметрі та конденсату?
  8.  Яким методом визначається похибка вимірювання питомої теплоти пароутворювання та в чому його суть?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28708. Меры по укреплению законности, трудовой дисциплины, совершенствованию и углублению самоуправления народа и дальнейшей демократизации общества (1-ая половина 80-х гг. XX в.) 11.41 KB
  Меры по укреплению законности трудовой дисциплины совершенствованию и углублению самоуправления народа и дальнейшей демократизации общества 1ая половина 80х гг. Радикальная реформа общества начавшаяся сверху в 1985 г. Быстро происходи размежевание общества на демократов националпатриотов и коммунистов.
28709. Государство «развитого социализма» и нарастание кризиса социалистической государственности и права (сер. 70-х - авг. 1991 г.) 13.29 KB
  Съезд народных депутатов СССР становится высшим органом гос. на основе нового Закона выборы депутатов съезда народных депутатов СССР были первыми демократичными выборами. Верховный Совет СССР потерял роль органа олицетворяющего полновластие Советов. Длительное время фактическим руководителем в СССР являлся глава КПСС.
28710. Крах социалистической государственности и становление Российского демократического государства 13.6 KB
  По мере ослабления СССР и укрепления суверенитета республик поднимается волна сепаратизма движя за выход из состава СССР. СССР положение о праве союзных республик на выход из состава СССР никогда не рассмлось как осуществимое. в ряде союзных республик наблюдается движение за выход из СССР. В этих условиях Верховный Совет СССР 3 апреля 1990 г.
28711. Конституция РФ 1993 г. и ее основные положения 14.17 KB
  Конституция РФ 1993 г. Всероссийский референдум по проекту новой Конст. Конст. В конст.
28712. Совершенствование государственного аппарата. Укрепление правовой основы государственной жизни в современных условиях 12.78 KB
  Руководству России предстояло продолжить курс на демократическое преобразование общества и создание правового государства. В 19921993 в России существовало три ветви власти: законодательная съезд народных депутатов России и избираемый ими Верховный Совет; исполнительная президент и назначаемое им правительство; и судебная во главе с Конституционным судом. Ельцин издал указ в котором объявил о роспуске съезда народных депутатов РФ и Верховного Совета проведении в декабре выборов нового органа законодательной власти Федерального...
28713. Обновление законодательства и приспособление его к условиям рыночной экономики в современных условиях 12.52 KB
  Государственное регулирование экономики ставит своей целью соблюдать интересы государства общества в целом социально незащищенных слоев населения. Налоговое регулирование осуществляется путем установления тех или иных объектов налогообложения назначения и дифференциации налоговых ставок введения налоговых льгот освобождение от налогов. Денежнокредитное регулирование состоит в воздействии государства на денежное обращение и объем денежной массы. Бюджетное регулирование заключается в том что государственные органы обладают возможностью...
28714. Силовые структуры, их место и роль в Российском демократическом государстве 13.09 KB
  Помимо вопроса безопасности мирных граждан и реформирования армии есть еще один аспект который не может не волновать общество при поиске места и задач для силовиков в современных условиях. Особенности функционирования силовых институтов на современном этапе их развития предполагают некоторые выводы: вопервых функции армии и милиции как инструментов власти являются частью государственных функций и находятся в прямой зависимости от природы правящего в стране политического режима проводимой им политики; вовторых основным предназначением...
28715. Разработка и принятие Конституции СССР 1936г. Ее основные положения. Реорганизация системы Советов. Национально-государственное строительство в 1936 - 1940 гг., его правовая оценка 13.45 KB
  Разработка и принятие Конституции СССР 1936г. Новая Конституция СССР была утверждена 5 декабря 1936 г. Политой основой СССР в ней названы Советы депутатов трудящихся эккой основой социалистическая система хозва и социалистическая собствсть на орудия и средства производства. провозгласила что в СССР победили социалистические общные отношения и создались такие основы социализма как ликвидация эксплуататорских классов господство социалистической собствти наличие дружественных классов рабочих крестьян и народной интеллигенции...
28716. Развитие законодательства о колхозах и труде в предвоенные годы 14.34 KB
  На II Всесоюзном съезде колхозников ударников был принят Примерный устав сельскохозяйственной артели который впоследствии был утвержден СНК СССР и ЦК ВКПб. СНК СССР и ЦК ВКПб в целях развития животноводства приняли следующие постановления: от 8 июля 1939 г. Постановление СНК СССР ЦК ВКПб и ВЦСПС от 28 дек. О мероприятиях по упорядочению трудовой дисциплины улучшению практики госго соцго страхя и борьбе с злоупотреблениями в этом деле; Указ Президиума Верховного Совета СССР от 26 июня 1940 г.