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

66000. Региональные финансы омской области 46.5 KB
  Одной из важнейших составных частей финансовой системы государства являются региональные финансы которые охватывают региональные бюджеты административно-территориальных единиц и финансы субъектов хозяйствования используемые для удовлетворения потребностей регионов.
66001. Казначейство: функции, цели и механизм функционирования 20.59 KB
  В России переход к казначейскому исполнению бюджета начался в 1992 г. исполнение бюджета в нашей стране было банковским. Чем отличаются эти две формы исполнения бюджета При банковском исполнении бюджета средства...
66002. Золотовалютный резерв РФ 2009-2011 146.67 KB
  Золотовалютные резервы Российской Федерации представляют собой высоколиквидные финансовые активы находящиеся в распоряжении Банка России и Минфина России. Управление резервами Банк России осуществляет в соответствии с действующим...
66003. Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) 24.2 KB
  ОЭСР была образована в 1961 году по инициативе США на базе Организации европейского экономического сотрудничества которая координировала американскую и канадскую помощь пострадавшим от Второй мировой войны европейским странам в рамках плана Маршалла.
66005. Европейский банк реконструкции и развития, Европейский инвестиционный банк, Европейский центральный банк, Европейская экономическая комиссия Организации Объединенных Наций, Европейская ассоциация свободной торговли, Европейское экономическое пространство 189.5 KB
  О ЕБРР Европейский банк реконструкции и развития является международной финансовой организацией которая финансирует проекты в 29 странах от Центральной Европы до Центральной Азии. для стран Центральной и Юго-Восточной Европы а также Восточной Европы и Кавказа указав что дальнейшее ухудшение...
66006. Понятие, сущность, возможности СЭЗ 30.02 KB
  Такие зоны создаются для решения внешнеторговых общеэкономических социальных и научно-технических проблем. По оценкам западных специалистов к 2010 году через различные свободные экономические зоны будет проходить до 30 мирового товарооборота.
66007. Бюжетная политика 13.79 KB
  От качества федерального бюджета заложенных в него параметров зависят и уровень социальной защиты граждан и инвестиционные возможности государства и степень влияния России на международной арене и даже предпринимательская активность граждан.