Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа №21
по курсу общей физики.
Исследование температурной зависимости удельной
теплоемкости алюминия методом охлаждения.
Определение температурной зависимости удельной теплоемкости алюминия от времени охлаждения испытуемого образца из алюминия и эталонного образца из меди по результатам измерения температуры.
Теплоемкость тела – это количество теплоты, поглощенной телом при нагревании на
1 К, точнее, отношение количества теплоты, поглощаемой телом при бесконечно малом изменении его температуры, к этому изменению:
. (2.1)
Количество теплоты, необходимое для нагревания на 1 К единицы массы вещества, называют удельной теплоемкостью:
, (2.2)
а для нагревания на 1 К одного моля вещества – молярной теплоемкостью:
, (2.3)
где m – масса вещества;
число молей вещества.
Указанные теплоемкости связаны соотношениями:
, , , (2.4)
где M – молярная масса вещества.
В классической теории теплоемкости твердых тел однородное твердое тело представляется как совокупность частиц, совершающих тепловые колебания и имеющих 3 степени свободы. Полная энергия теплового движения частицы равна 3kT, а внутренняя энергия одного моля твердого тела находится по формуле:
, (2.5)
где NA – число Авогадро;
R = kNA – универсальная газовая постоянная.
Следовательно, молярная теплоемкость твердого тела при постоянном объеме равна:
(2.6)
Количество теплоты dQ, теряемое предварительно нагретым телом массы m при его охлаждении на dT градусов, будет:
, (2.7)
где c – удельная теплоемкость вещества, из которого состоит тело.
Потеря энергии теплоты происходит через поверхность тела. Следовательно, можно считать, что количество теплоты dQS, теряемое через поверхность тела за время d, будет пропорционально времени, площади поверхности S и разности температур тела и окружающей среды:
, (2.8)
где коэффициент теплопередачи.
Если тело выделяет тепло так, что температура всех его точек изменяется одинаково, то будет справедливо равенство:
(2.9)
или
, (2.10)
которое можно представить в виде
. (2.11)
Для двух образцов различных металлов, имеющих одинаковые размеры и состояния поверхностей (тогда их коэффициенты теплопередачи равны), получаем:
. (2.12)
Следовательно, зная массы образцов и удельную теплоемкость c1, то можно вычислить c2 :
. (2.13)
Перейдем в (2.13) от бесконечно малых величин dT и d к конечным изменениям и T :
. (2.14)
Вычисления еще более упрощаются, если интервал T , брать всегда один и тот же:
. (2.15)
где 1 – цифровой термометр; 2 – термоблок;
3 – термопары; 4 – медный и алюминиевый образцы;
5 – электропечи.
|
Т, 0С |
160 |
150 |
140 |
130 |
120 |
110 |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
|
|
t, c |
Cu |
0 |
30 |
58 |
90 |
125 |
163 |
205 |
256 |
315 |
387 |
476 |
606 |
|
Al |
0 |
26 |
56 |
90 |
121 |
158 |
200 |
248 |
305 |
374 |
461 |
581 |
|
T, |
, c |
Tc, |
cAl, |
|
|
Cu |
Al |
|||
|
160 – 150 |
30 |
26 |
155 |
1088.475 |
|
150 – 140 |
28 |
30 |
145 |
1345.642 |
|
140 – 130 |
32 |
34 |
135 |
1334.428 |
|
130 – 120 |
35 |
31 |
125 |
1112.397 |
|
120 – 110 |
38 |
37 |
115 |
1222.881 |
|
110 – 100 |
42 |
42 |
105 |
1255.932 |
|
100 – 90 |
51 |
48 |
95 |
1182.054 |
|
90 – 80 |
59 |
57 |
85 |
1213.358 |
|
80 – 70 |
72 |
69 |
75 |
1203.602 |
|
70 – 60 |
89 |
87 |
65 |
1227.709 |
|
60 – 50 |
130 |
120 |
55 |
1159.322 |
Вывод: В результате эксперимента было установлено, что удельная теплоемкость алюминия находится в сложной нелинейной зависимости от времени охлаждения испытуемого образца из алюминия и эталона из меди.