Обработка результатов измерений
1. Найти для каждого опыта, используя зависимость термоЭДС термопары от разности температур на её спаях: разности температур на входе и выходе воздушного потока. Результаты записать в таблицу; удельная термоЭДС хромель-копелевой термопары. 2. Вычислить количественную меру эффекта Джоуля–Томсона в каждом опыте. Результаты занести в таблицу. 3. Рассчитать среднее значение , абсолютную ( ) и относительную ( ) погрешности (применить методику расчёта погрешностей косвенных невоспроизводимых измерений). Полученные значения записать в таблицу. 4. Вычислить теоретическое значение количественной меры эффекта Джоуля–Томсона по формуле (9). Полагать, что T = T0. Молярную теплоёмкость воздуха при постоянном давлении определить по формуле (число степеней свободы взять равным 5), параметры и найти с помощью формул (2) и (3) (принять , ). 5. Сравнить экспериментальное и теоретическое значение количественной меры эффекта Джоуля–Томсона. Сделать выводы.
Контрольные вопросы 1. Межмолекулярное взаимодействие в реальных газах. 2. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Физический смысл поправок на давление и обьём. 3. Эффект Джоуля–Томсона. Его качественное объяснение. 4. Экспериментальная установка. Порядок выполнения работы. 5. Обработка результатов измерений, их сравнение с теоретическими данными.
Лабораторная работа 2–7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ПЛАВЛЕНИЯ Цель работы: определение удельной теплоты плавления олова и изменения энтропии в процессе его кристаллизации. Приборы и принадлежности: лабораторная установка, секундомер (часы). Краткая теория Известно, что у кристаллических тел как плавление, так и кристаллизация происходят при одной и той же постоянной температуре Tк. При этом для плавления тела массы ему необходимо сообщить количество теплоты: . Параметр λn называется удельной теплотой плавления. При обратном процессе кристаллизации тело отдаёт в окружающую среду такое же количество тепла, что равносильно получению им отрицательного количества теплоты: Энтропией называют функцию состояния системы, дифференциал которой в элементарном обратимом процессе равен отношению бесконечно малого количества теплоты, сообщённой системе, к температуре последней: . (1) Энтропия служит мерой вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния. Чем большим количеством способов может быть реализовано данное состояние, тем больше энтропия. Для нахождения удельной теплоты плавления олова λn и изменения энтропии в процессе кристаллизации в данной лабораторной работе используется зависимость температуры олова, находящегося в специальной ампуле, от времени его охлаждения . Простейшей моделью охлаждения тела является его охлаждение в среде с постоянной температурой Tс, когда внутри тела, в течение всего процесса охлаждения, температура в любой точке тела одинакова в любой момент времени. Такой процесс состоит из непрерывно следующих друг за другом равновесных состояний и, следовательно, является обратимым. Применяя к процессу кристаллизации олова закон сохранения энергии, можно записать уравнение: (2) где количество теплоты, полученное оловом (отданное им) за время его кристаллизации ( – масса олова); количество теплоты, полученное окружающей средой через поверхность ампулы за время кристаллизации ( коэффициент теплопередачи с поверхности ампулы в окружающую среду; эта величина считается постоянной). Закон сохранения энергии, записанный для процесса охлаждения твёрдого олова после кристаллизации имеет вид
, (3) где – количество теплоты, полученное (отданное: ) ампулой с оловом при ее охлаждении за время ( – удельные теплоемкости олова и материала ампулы; – масса олова и ампулы соответственно). Величина – количество теплоты, полученное окружающей средой через поверхность ампулы за время ( температура твердого олова в данный момент времени; – температура окружающей среды). Из уравнений (2) и (3) следует: (4) Изменение энтропии при кристаллизации олова согласно (1) можно найти по формуле: (5) Когда известна зависимость температуры кристаллизующегося и остывающего олова от времени, её типичный вид представлен на рис. 1, для определения удельной теплоты плавления олова и изменения энтропии при его кристаллизации достаточно измерить и найти значение производной функции по времени в произвольной точке, соответствующей температуре твердого олова в процессе его охлаждения. Все эти величины можно определить по графику, построенному по экспериментальным точкам (см. рис. 1). Конструктивно лабораторная установка состоит из двух отдельных модулей − лабораторного (рис. 2 и 3) и приборного.
На передней панели лабораторного модуля расположены: крепёжный винт 1, табличка с названием работы, гнёзда 2 для подключения милливольтметра приборного модуля, устройство подъема 3 ампулы с оловом 5 из электрической печи 6, тумблер включения электропитания печи 7, сигнальная лампа включения электропитания 8 и сетевой шнур. Ампула 5 с оловом (рис. 3) нагревается в электрической печи 6, питающейся переменным током. Для определения температуры олова внутри ампулы находится металлическая трубка-чехол 9 с дифференциальной хромель-копелевой термопарой 10, горячий спай которой находится в ампуле, а холодный − на воздухе. Концы термопары через гнёзда и медные провода соединяются с милливольтметром приборного модуля, измеряющим термоЭДС.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|