Лабораторные работы — с. 230
Лабораторная работа № 2. Изучение процесса теплообмена. Цель работы. Сравнить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной водой при теплообмене. Приборы и материалы. Измерительный цилиндр, калориметр, стакан, термометр, сосуд с горячей водой, сосуд с холодной водой. Указания к работе.
1. Налейте, используя измерительный цилиндр, в калориметр 100 мл горячей воды, а в стакан — 100 мл холодной. Измерьте начальную температуру сначала холодной воды, а затем горячей.
2. Не вынимая термометр из горячей воды, осторожно вылейте холодную воду из стакана в калориметр. Перемешайте воду термометром и измерьте температуру смеси.
3. Обработка результатов измерений. Результаты прямых измерений с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы термометра, запишите в таблицу 12. Результаты вычислений записывайте без учёта погрешности.
4. Массу воды определите по формуле m = ρV, зная, что плотность воды 1000 кг/м³.
5. Рассчитайте количество теплоты, отданное горячей водой при остывании до температуры смеси, и количество теплоты, полученное холодной водой при нагревании до той же температуры.
6. Сравните количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной водой при теплообмене.
7. Сделайте вывод и обоснуйте его. Примечание. В выводе к лабораторной работе не забудьте указать про потери некоторого количества теплоты. [Таблица 12: Масса холодной воды m₁, кг; Начальная температура холодной воды t₁, °C; Масса горячей воды m₂, кг; Начальная температура горячей воды t₂, °C; Температура смеси t, °C; Количество теплоты, полученное холодной водой Q₁, Дж; Количество теплоты, отданное горячей водой Q₂, Дж]
Ход работы.
1. Мерным цилиндром отмеряем 100 мл горячей воды и наливаем в калориметр, 100 мл холодной воды наливаем в стакан. Цена деления термометра 1 °C, абсолютная погрешность измерения температуры ±1 °C. Температура холодной воды t₁ = 18 °C, горячей t₂ = 62 °C.
2. Холодную воду выливаем в калориметр, перемешиваем термометром и измеряем температуру смеси: t = 39 °C.
3. Массы воды: V = 100 мл = 100 см³ = 1·10⁻⁴ м³; m = ρV = 1000 кг/м³ · 1·10⁻⁴ м³ = 0,1 кг, то есть m₁ = m₂ = 0,1 кг.
4. Расчёты. Удельная теплоёмкость воды c = 4200 Дж/(кг·°C).
Количество теплоты, полученное холодной водой: Q₁ = c·m₁·(t − t₁) = 4200 · 0,1 · (39 − 18) = 4200 · 0,1 · 21 = 8820 Дж.
Количество теплоты, отданное горячей водой: Q₂ = c·m₂·(t₂ − t) = 4200 · 0,1 · (62 − 39) = 4200 · 0,1 · 23 = 9660 Дж.
5. Сравнение. Q₂ − Q₁ = 9660 − 8820 = 840 Дж; это 840/9660 ≈ 0,087, то есть около 9 % от отданного количества теплоты. Q₂ немного больше Q₁. Вывод. Количество теплоты, отданное горячей водой, оказалось примерно равным (с точностью около 9 %) количеству теплоты, полученному холодной водой: Q₁ ≈ Q₂. Это согласуется с уравнением теплового баланса Q₁ = Q₂. Небольшая разница (Q₂ больше Q₁) объясняется потерями части энергии: часть теплоты пошла на нагревание калориметра, термометра и окружающего воздуха и на испарение воды, кроме того, термометр измеряет температуру с погрешностью ±1 °C.
Оговорка: числовые значения получены для типичного оборудования и могут отличаться.
1. Мерным цилиндром отмеряем 100 мл горячей воды и наливаем в калориметр, 100 мл холодной воды наливаем в стакан. Цена деления термометра 1 °C, абсолютная погрешность измерения температуры ±1 °C. Температура холодной воды t₁ = 18 °C, горячей t₂ = 62 °C.
2. Холодную воду выливаем в калориметр, перемешиваем термометром и измеряем температуру смеси: t = 39 °C.
3. Массы воды: V = 100 мл = 100 см³ = 1·10⁻⁴ м³; m = ρV = 1000 кг/м³ · 1·10⁻⁴ м³ = 0,1 кг, то есть m₁ = m₂ = 0,1 кг.
4. Расчёты. Удельная теплоёмкость воды c = 4200 Дж/(кг·°C).
Количество теплоты, полученное холодной водой: Q₁ = c·m₁·(t − t₁) = 4200 · 0,1 · (39 − 18) = 4200 · 0,1 · 21 = 8820 Дж.
Количество теплоты, отданное горячей водой: Q₂ = c·m₂·(t₂ − t) = 4200 · 0,1 · (62 − 39) = 4200 · 0,1 · 23 = 9660 Дж.
5. Сравнение. Q₂ − Q₁ = 9660 − 8820 = 840 Дж; это 840/9660 ≈ 0,087, то есть около 9 % от отданного количества теплоты. Q₂ немного больше Q₁. Вывод. Количество теплоты, отданное горячей водой, оказалось примерно равным (с точностью около 9 %) количеству теплоты, полученному холодной водой: Q₁ ≈ Q₂. Это согласуется с уравнением теплового баланса Q₁ = Q₂. Небольшая разница (Q₂ больше Q₁) объясняется потерями части энергии: часть теплоты пошла на нагревание калориметра, термометра и окружающего воздуха и на испарение воды, кроме того, термометр измеряет температуру с погрешностью ±1 °C.
Оговорка: числовые значения получены для типичного оборудования и могут отличаться.