ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ ОХЛАЖДЕНИЯ
Тюмень, 2002г. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ ОХЛАЖДЕНИЯ.
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 (Тmax-То) - 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.
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.
|