«Калориметрический метод измерения теплоемкости твердых тел»

U, В	I, А	ΔT, K	τ0, с	τ с	τ – τ0 с
c, Дж/(моль·K)

2.3 Ход работы

Выполнять курсовую лабораторную работу по теме «Калориметрический метод измерения теплоемкости твердых тел» следует начать с изучения теории по этой теме. Важно знать, что такое теплоемкость, как она обозначается и в чем измеряется.
Приступив к самому выполнению работы, необходимо внимательно ознакомится с устройством экспериментальной установки. Определить цену деления амперметра и вольтметра, их класс точности. Используемые приборы имеют следующую цену деления (ω) и класс точности (ε), предел измерения (А_max):

Прибор	ε, %	ω	Аmax
Вольтметр	2,5	1,0 В	30 В
Амперметр	2,5	0,1 А	3 А

В первый день изучалось содержание лабораторной, я знакомилась с устройством и принципом его работы. Было проверено работоспособность оборудования.
Во второй день мы решили провести опыт, нам нужно было включить оборудование для того, чтобы оно нагрелось до 30 С и с этого момента начать отсчет времени, за сколько секунд прибор нагревается каждый раз на один градус больше. Для этого мы включили прибор в сеть и поставили максимальное напряжение, предположив, что оборудование будет нагреваться долго, мы немного отвлеклись для того, чтобы еще раз прочитать лабораторную работу. Пока мы читали, прибор сильно нагрелся до большей температуры, чем нужно, тогда мы его выключили и решили остудить, предположив, что он остынет также быстро, как и нагрелся. Но наши предположения оказались ошибочными. Устройство остывало очень долго.
На третий день мы изучили прибор как теоретически, так уже и практически и работа начала продвигаться, в этот раз мы включили прибор и никуда не отвлекались и вовремя начали засекать время, но в этот раз нас ожидал другой подвох, прибор показывал температуру нагрева неровно. Температура колебалась, допустим, показывало сначала 34 С, через некоторое время он немного нагревался и показывал 35 С, но буквально через 3 секунды на экране высвечивалась температура 34 градуса и через 2 секунды уже опять 35 С и оставалась неизменным. Так как мы снимали показание температуры в первый раз, то в результате измерений у нас получилась большая погрешность из-за того, что неправильно ориентировались, когда на секундомере ставить отметку.
Четвертый день был более удачным. Мы внимательно смотрели за нагревом прибора, научились вовремя переключать секундомер и успешно сняли измерения. Сам процесс опыта был правильный, но в подготовке оборудования, мы упустили один момент - нужно было вольтметр и амперметр выставить на ноль.
День пятый. Этот день был самый удачный. В этот раз мы учли все наши промахи и все делали внимательно и аккуратно. И в этот раз у нас все получилось, мы провели целиком лабораторную работу, сняли все показания, которые были необходимы, и оформили лабораторную работу.
Калориметр нагревается с 30 С до 50 С. Когда кладем холодный образец для охлаждения калориметра, то температура понижается на 5-6 градусов. Время охлаждения - 6 минут.
Первый образец из железа, массой m =129,00 г (образец нагревался 11 минут).

Рисунок 12.Масса первого образца
Измерения занесли в таблицу:

номер измерений	U, B	I, A	∆ T, K	τ0,c	τ,c	τ-τ0, c	c,Дж/моль∙К
1	15	0,5	303	0,0	0,0	0,0
2			304	17,0	29,0	12,0
3			305	38,0	59,0	21,0
4			306	62,0	88,0	26,0
5			307	79,0	117,0	38,0
6			308	99,0	148,0	49,0
7			309	121,0	179,0	58,0
8			310	143,0	211,0	68,0
9			311	166,0	241,0	75,0
10			312	186,0	267,0	81,0
11			313	212,0	301,0	89,0
12			314	235,0	331,0	96,0
13			315	260,0	364,0	104,0
14			316	279,0	394,0	115,0
15			317	304,0	427,0	123,0
16			318	325,0	460,0	135,0
17			319	348,0	494,0	146,0
18			320	372,0	525,0	153,0
19			321	396,0	561,0	165,0
20			322	422,0	594,0	172,0
21			323	446,0	630,0	184,0

Затем мы построили график зависимости разности времени нагревания калориметра с первым образцом и пустого калориметра от изменения температуры калориметра (τ – τ₀) = f(∆T).

И нашли значение углового коэффициента

Кα =	8,925974

По формуле определили теплоемкость образца.
Посчитали погрешность:

α	0,68
tαN	1,2

погрешности приборов
		Δокр		Δпр^max		Δсуб^max
Вольтметр		0,34		0,75		-	В
Амперметр		0,034		0,075		-	А
Весы		-		0,01		-	г

 




И получили такие расчеты:

	железо
Енохович
t, ^0C	T, K	c, Дж/(кг∙К)
-200	73	134,0
0	273	440,0
20	293	452,0
100	373	486,0
500	773	678,0

	практика	518,99	±	0,01	Дж/моль∙К	ε=	0,002%
	теория	452,0	±	0,05	Дж/моль∙К	ε=	0,011%

Второй образец из алюминия, массой m= 48,52 г (образец нагревался 10 минут)

Рисунок 13. Масса второго образца.
Провели тоже самое, сначала внесли данные в таблицу:

номер измерений	U, B	I, A	∆ T, K	τ0,c	τ,c	τ-τ0, c	c,Дж/моль∙К
1	15	0,5	303	0,0	0,0	0,0
2			304	17,0	25,0	8,0
3			305	38,0	54,0	16,0
4			306	62,0	86,0	24,0
5			307	79,0	108,0	29,0
6			308	99,0	136,0	37,0
7			309	121,0	166,0	45,0
8			310	143,0	193,0	50,0
9			311	166,0	219,0	53,0
10			312	186,0	250,0	64,0
11			313	212,0	284,0	72,0
12			314	235,0	307,0	72,0
13			315	260,0	338,0	78,0
14			316	279,0	365,0	86,0
15			317	304,0	396,0	92,0
16			318	325,0	430,0	105,0
17			319	348,0	460,0	112,0
18			320	372,0	489,0	117,0
19			321	396,0	519,0	123,0
20			322	422,0	548,0	126,0
21			323	446,0	579,0	133,0

График зависимости разности времени нагревания калориметра со вторым образцом и пустого калориметра от изменения температуры калориметра (τ- τ₀) = f (∆T).

Определили угловой коэффициент:

Кα =

6,6116883

И нашли теплоемкость второго образца и ее погрешность, получились такие результаты: