Здавалка
Главная | Обратная связь

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ ОХЛАЖДЕНИЯ

 

 

Составили: Самсонова Н.П., Ярков Д.М.

 

Тюмень, 2002г.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ ОХЛАЖДЕНИЯ.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: методом охлаждения измерить значение удельной теплоемкости стального образца.
ОБОРУДОВАНИЕ: вольтметр, электропечь, термопара, металлические образцы.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Удельной теплоемкостью с `вещества называют физическую величину, численно равную количеству теплоты, которое нужно сообщить единице массы, чтобы повысить его температуру на один градус.

m- масса вещества, dT- изменение температуры тела в результате подвода к нему количества теплоты dQ.

Всякое тело, имеющее температуру выше окружающей среды, будет охлаждаться, причем скорость охлаждения зависит от величины теплоемкости тела. Эта зависимость лежит в основе метода определения теплоемкости металлов, рассматриваемого в данной работе. При охлаждении двух тел определенной формы можно снять кривые охлаждения- зависимость температуры от времени. Сравнение кривых охлаждения этих тел позволяет при известной теплоемкости одного найти теплоемкость другого. Рассмотрим это подробнее.

При охлаждении образца металла массой m количество отданной им теплоты dQ равно

(1)

c- удельная теплоемкость металла, dT- изменение его температуры.

С другой стороны, количество теплоты dQ, проходящее через поверхность соприкосновения площадью S за время dt, определяется формулой:

(2)

- коэффициент теплоотдачи. Уравнение (2) представляет собой уравнение теплоотдачи, Т- температура рассматриваемого тела (в нашем случае температура образца), Т0- температура окружающей среды, с которой контактирует данное тело (здесь это комнатная температура). S в нашем случае- площадь поверхности образца.

Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), получаем

или

Проинтегрировав левую и правую части этого уравнения, запишем

(3)

А- постоянная интегрирования. Учитывая начальные условия опыта: при t=0, Т=Тmax, находим, что

Тогда уравнение (3) перепишется

Выражая массу m образца через его объем V и плотность r металла, m= rV, окончательно получим

(4)

Зависимость от t представляет собой уравнение прямой линии. Величина есть тангенс угла наклона этой прямой к оси времени, т.е.

.

Построив графики, соответствующие выражению (4), для двух образцов и определив по ним значения тангенсов углов наклона к оси времени, возьмем их отношение, обозначив его через h

(5)

Величины a, V и S принимаем одинаковыми для обоих образцов в одних и тех же интервалах температур.

Из уравнения (5) теплоемкость неизвестного образца

(6)

 

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Схема установки изображена на рис. 1. Внутри электропечи находится металлический образец, который представляет собой цилиндр с высверленным с одного конца каналом. Температура образца измеряется с помощью термопары, помещенной в канал образца. Концы термопары подведены к вольтметру цифровому универсальному В7-21.

При включении в сеть печи и нагревании образца, в цепи, содержащей термопару, возникает термоэдс. Величина термоэдс пропорциональна разности температур e~(Т-То).

Таким образом, если вместо (Т-То) в уравнение (4) поставить e, а вместо (Тmaxо) - emax, то уравнение

, (7)

где emax - величина термоэдс, соответствующая максимальной температуре нагрева образца.

Значение термоэдс снимаются с цифрового вольтметра В7-21.

Построив графики зависимости для различных металлов, и определив для них тангенсы углов наклона к оси времени, можно определить неизвестную теплоемкость, если дана теплоемкость одного из металлов.

Примерный вид графика зависимости приведен на рис.2.

 

ИЗМЕРЕНИЯ И ИХ ОБРАБОТКА.

1. Поместить первый образец с неизвестной теплоемкостью в электропечь.
2. Отпустить электропечь и включить ее в сеть.
3. Провода термопары вставить в клеммы «+» и «-» размещенные, на панели вольтметра. Включить вольтметр в сеть.
4. Нагрев образца производить в течение 10-15 минут до 170оС, что соответствует термоэдс 6 мВ.
5. Поднять печь (начинается охлаждение образца) и через каждую минуту записать значения термоэдс e по показаниям вольтметра. Отсчет времени вести по часам. emax = 6мВ в момент времени t = 0. Результаты занести в таблицу.
t, мин e, мВ emax/e ln(emax/e) tg b1
         
           

 

6. Вынуть первый образец и поместить второй, с известной теплоемкостью.
7. Повторить п.п. 6-7 для второго образца
8. Построить графики зависимости для двух образцов и определить тангенсы углов наклона, tg b1 и tg b2.
9. Определить неизвестную теплоемкость металла, считая, что теплоемкость второго известна и известны плотности металлов , где

 

Примечание: rмеди = 8.6×103 кг/м3
  rстали = 7.7×103 кг/м3
  смеди = 395 Дж/кг×К

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Дать определение теплоемкости. От чего она зависит?

2. Чему равно количество теплоты, теряемое металлом?

3. Записать уравнение теплоотдачи.

4. В чем заключается принцип определения теплоемкости металлов?

5. Вывести формулу (6).

 

ЛИТЕРАТУРА.

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М., 1985.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. т.1. М., 1982.





©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.