Лабораторные работы — с. 229
Лабораторная работа № 1. Изучение устройства калориметра. Цель работы. Изучить устройство калориметра. Сравнить скорости теплообмена с внешней средой горячей воды в калориметре и в стакане. Приборы и материалы. Измерительный цилиндр, стакан, калориметр, термометр, сосуд с горячей водой, часы. Указания к работе.
1. Рассмотрите, как устроен калориметр.
2. Налейте в калориметр и в стакан по 100 мл горячей воды. Измерьте начальную температуру воды в обоих сосудах.
3. Обработка результатов измерений. Результаты прямых измерений с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы термометра, записывайте в таблицу 11.
4. Наблюдайте за изменением температуры воды в калориметре и в стакане в течение 10 мин. Измерьте конечную температуру воды в сосудах.
5. Сравните изменение температуры воды в калориметре и в стакане за 10 мин и сделайте вывод. Объясните, за счёт каких особенностей конструкции сосуда (калориметра) изменяется скорость теплообмена с внешней средой. [Таблица 11: Тело; Начальная температура t₀, °C; Конечная температура t₁, °C; строки: Вода в калориметре, Вода в стакане]
Ход работы.
1. Устройство калориметра. Калориметр состоит из двух стаканов, вставленных один в другой: внутреннего (металлического) и наружного, между которыми остаётся воздушная прослойка, а внутренний стакан опирается на пробковые или пластмассовые прокладки. Сверху калориметр закрывается крышкой с отверстием для термометра. Такое устройство уменьшает теплообмен содержимого с окружающей средой.
2. Наливаем мерным цилиндром по 100 мл горячей воды (масса 0,1 кг) в калориметр и в обычный стакан. Цена деления термометра 1 °C, поэтому абсолютная погрешность измерения температуры ±1 °C. Измеряем начальные температуры.
3. Через 10 мин наблюдений (температуру снимаем каждые 2 минуты) измеряем конечные температуры. Типичные результаты записаны в таблицу 11. Таблица 11. Вода в калориметре: t₀ = (72 ± 1) °C, t₁ = (68 ± 1) °C, изменение температуры 4 °C. Вода в стакане: t₀ = (72 ± 1) °C, t₁ = (62 ± 1) °C, изменение 10 °C. 4. Сравнение. За 10 мин вода в калориметре остыла на 4 °C, а в стакане на 10 °C, то есть в стакане остывание произошло в 10/4 = 2,5 раза быстрее. Количество теплоты, отданное окружающей среде, в стакане Q = cmΔt = 4200 Дж/(кг·°C) · 0,1 кг · 10 °C = 4200 Дж, в калориметре Q = 4200 · 0,1 · 4 = 1680 Дж.
5. Объяснение. Теплообмен с внешней средой в калориметре уменьшен потому что: воздушная прослойка между стенками плохо проводит тепло (малая теплопроводность воздуха), а ещё в ней нет конвекции; прокладки из пробки или пластмассы плохо проводят тепло; блестящие поверхности стенок плохо излучают и хорошо отражают тепловое излучение; крышка уменьшает конвекцию и, главное, испарение воды, на которое тратится много энергии. Вывод. Скорость теплообмена с внешней средой в калориметре значительно меньше, чем в обычном стакане (вода в калориметре остыла на 4 °C, в стакане на 10 °C), потому что калориметр имеет двойные стенки с воздушной прослойкой, теплоизолирующие опоры и крышку. Поэтому калориметр применяют для измерений количества теплоты, когда нужно, чтобы потери были минимальными.
Оговорка: числовые значения получены для типичного оборудования и могут отличаться.
1. Устройство калориметра. Калориметр состоит из двух стаканов, вставленных один в другой: внутреннего (металлического) и наружного, между которыми остаётся воздушная прослойка, а внутренний стакан опирается на пробковые или пластмассовые прокладки. Сверху калориметр закрывается крышкой с отверстием для термометра. Такое устройство уменьшает теплообмен содержимого с окружающей средой.
2. Наливаем мерным цилиндром по 100 мл горячей воды (масса 0,1 кг) в калориметр и в обычный стакан. Цена деления термометра 1 °C, поэтому абсолютная погрешность измерения температуры ±1 °C. Измеряем начальные температуры.
3. Через 10 мин наблюдений (температуру снимаем каждые 2 минуты) измеряем конечные температуры. Типичные результаты записаны в таблицу 11. Таблица 11. Вода в калориметре: t₀ = (72 ± 1) °C, t₁ = (68 ± 1) °C, изменение температуры 4 °C. Вода в стакане: t₀ = (72 ± 1) °C, t₁ = (62 ± 1) °C, изменение 10 °C. 4. Сравнение. За 10 мин вода в калориметре остыла на 4 °C, а в стакане на 10 °C, то есть в стакане остывание произошло в 10/4 = 2,5 раза быстрее. Количество теплоты, отданное окружающей среде, в стакане Q = cmΔt = 4200 Дж/(кг·°C) · 0,1 кг · 10 °C = 4200 Дж, в калориметре Q = 4200 · 0,1 · 4 = 1680 Дж.
5. Объяснение. Теплообмен с внешней средой в калориметре уменьшен потому что: воздушная прослойка между стенками плохо проводит тепло (малая теплопроводность воздуха), а ещё в ней нет конвекции; прокладки из пробки или пластмассы плохо проводят тепло; блестящие поверхности стенок плохо излучают и хорошо отражают тепловое излучение; крышка уменьшает конвекцию и, главное, испарение воды, на которое тратится много энергии. Вывод. Скорость теплообмена с внешней средой в калориметре значительно меньше, чем в обычном стакане (вода в калориметре остыла на 4 °C, в стакане на 10 °C), потому что калориметр имеет двойные стенки с воздушной прослойкой, теплоизолирующие опоры и крышку. Поэтому калориметр применяют для измерений количества теплоты, когда нужно, чтобы потери были минимальными.
Оговорка: числовые значения получены для типичного оборудования и могут отличаться.