|
алюминий
Енохович
|
|
|
t, 0C
|
T, K
|
c, Дж/(кг∙К)
|
-200
|
73
|
314,0
|
0
|
273
|
879,0
|
20
|
293
|
896,0
|
100
|
373
|
938,0
|
500
|
773
|
1089,0
|
|
практика
|
1022,00
|
±
|
0,02
|
Дж/моль∙К
|
ε=
|
0,0019%
|
|
теория
|
896,00
|
±
|
0,05
|
Дж/моль∙К
|
ε=
|
0,006%
|
Далее мы проводим анализ теплоемкостей образцов
Заключение
В данной работе была решена следующая задача: изучалось устройство и принцип работы прибора, измеряющего теплоемкость твердых тел. В ходе работы мы определили калориметрическим методом теплоемкость образцов металлов. Результаты калориметрических измерений находят широкое практическое применение в теплотехнике, металлургии, химической технологии. С помощью этой лабораторной работы мы не только теоретически, но и практически знаем, что такое теплоемкость твердых тел и теперь наглядно представляем, как протекает процесс ее измерения.
Список литературы
1. Алыкова О.М., Богранцоев А.М. учебное пособие Молекулярная физика и термодинамика. Издательский дом «Астраханский университет»- 2010.
2. Гольдин Л.Л. Руководство к лабораторным занятиям по физике.-М.:1973.
3. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика.- М.:2008.-465-466 с.
4. Сивухин Д.В. Общий курс физики в 5-ти т. Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика.- 2002.
5. Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высш. школа, 2007.
6. Физические величины: Справочник / Под ред. И.К. Кикоина.-М.: Атомиздат, 1976.
7. Википедия, URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Лавуазье,_Антуан_Лоран (дата обращения: 21.04.2014).
8. Википедия, URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Лаплас,_Пьер-Симон (дата обращения: 21.04.2014).
9. Электронная библиотека Библиофонд, URL: http://bibliofond.ru/view.aspx?id=479538 (дата обращения: 13.04.2014).
Приложение 1
Контрольные вопросы и задания.
1. Какая величина называется теплоемкостью тела, удельной и молярной теплоемкостью? В каких единицах СИ они измеряются?
2. Выведите формулу для полной внутренней энергии и моля твердого тела.
3. В чем особенности теплоемкостей твердых тел? Выведите формулу для молярной теплоемкости твердого тела.
4. Запишите и объясните закон Дюлонга и Пти.
5. Рассчитайте, исходя из закона Дюлонга и Пти, удельные теплоемкости алюминия и железа.
6. Выведите формулу для экспериментального определения теплоемкости.
7. Почему во время эксперимента нагревание пустого калориметра и калориметра с образцом необходимо производить при одной и той же мощности нагревателя?
Ответы на контрольные вопросы:
1. Теплоемкостью тела (С) называют количество теплоты, необходимое для его нагревания на 1К:
Теплоемкость единицы массы вещества (с) называют удельной теплоемкостью вещества:
Молярной теплоемкостью (Сm) называют теплоемкость одного моля вещества:
2.
Из кинетической теории газов, мы знаем, что средняя кинетическая энергия атома вдоль одной из осей равна . Это - кинетическая энергия, приходящаяся на одну степень свободы. Но поскольку потенциальная энергия осциллятора равна кинетической, то полная энергия, приходящая на одну степень свободы, равна .
Так как каждый атом (осциллятор) обладает тремя степенями свободы, и если принять, как это мы делали в теории идеальных газов, что на каждую степень свободы приходится одна и та же кинетическая энергия , то полная энергия одного атома твердого тела равна
Если тело содержит N атомов, то внутренняя энергия одного моля равна Внутренняя энергия одного моля равна, таким образом, , где - число Авогадро.
3.
При подводе тепла в условиях постоянного объема все тепло уходит на увеличение внутренней энергии. Поэтому атомная теплоемкость при постоянном объеме определяется равенством
(1.1).
Это вдвое больше молярной теплоемкости идеального газа (одноатомного). Значит , достаточно перевести вещество из газообразного состояния в твердое, чтобы его молярная теплоемкость удвоилась. Из сказанного выше ясно, что удвоение теплоемкости происходит потому, что при нагревании твердого тела подводимая теплота расходуется на увеличение не только кинетической, но и потенциальной энергии частиц.
4.
Из формулы следует, что атомная теплоемкость (т. е. теплоемкость грамм-атома) твердых тел есть величина постоянная, одинаковая для всех веществ и не зависящая от температуры. Это утверждение называется законом Дюлонга и Пти.
Это равенство выполняется с довольно хорошим приближением для многих веществ при комнатной температуре. Со снижением температуры теплоемкости всех твердых тел уменьшаются, приближаясь к нулю при T→0. Вблизи абсолютного нуля молярная теплоемкость всех тел пропорциональна T3, и только при достаточно высокой, характерной для каждого вещества температуре начинает выполняться равенство .
5.
По закону Дюлонга и Пти
Связь молярной и удельной теплоемкостей
Тогда
6.
Для экспериментального определения теплоемкости исследуемое тело помещается в калориметр, который нагревается электрическим током. Если температуру калориметра с исследуемым образцом очень медленно увеличивать от начальной T0 на ΔT, то энергия электрического тока пойдет на нагревание образца и калориметра:
, (1.2)
где I и U – ток и напряжение нагревателя; τ – время нагревания; m и m0 – массы калориметра и исследуемого образца; c0, c – удельные теплоемкости калориметра и исследуемого образца; ΔQ – потери тепла в теплоизоляцию
калориметра и в окружающее пространство.
Для исключения из уравнения (1.2) количества теплоты, израсходованной на нагрев калориметра, и потери теплоты в окружающее пространство необходимо при той же мощности нагревателя нагреть пустой калориметр (без образца) от начальной температуры T0 на ту же разность температур ΔT. Потери тепла в обоих случаях будут практически одинаковыми и очень малыми, если температура защитного кожуха калориметра в обоих случаях постоянная и равна комнатной:
. (1.3)
Из уравнений (1.2) и (1.3) вытекает
(1.4)
Уравнение (1.4) может быть использовано для экспериментального определения удельной теплоемкости материала исследуемого образца. Изменяя температуру калориметра, необходимо построить график зависимости разности времени нагрева от изменения температуры исследуемого образца:
,
По угловому коэффициенту которого:
можно определить удельную теплоемкость образца.
7. Для того, чтобы увидеть разницу насколько дольше калориметр нагревается с образцом, чем пустой.
Приложение 2
Do'stlaringiz bilan baham: |
