Описание метода и установки

Реальный график нагревания и охлаждения кристаллического вещества немного отличается от показанного на рис.2.28. У него нет резких переходов. Охлаждение при высоких температурах идёт быстрее, чем при низких, поэтому график охлаждения нелинейный. Кривая охлаждения кристаллического вещества показана на рис.2.29. Точки A, B, C, D соответствующим точкам графика, приведённого на рис.2.28. По полученному графику охлаждения вещества можно определить удельную теплоту кристаллизации (плавления) вещества.

Количество теплоты q₁ , которое отдается за единицу времени жидким салолом вместе с пробиркой, в среднем равно:

, (1)

где m₁ – масса жидкого салола; с₁ – его удельная теплоёмкость; с₂ –

удельная теплоёмкость стекла; м₂ – масса нагретой части пробирки.

При остывании твёрдого салола и пробирки за единицу времени будет отдано количество теплоты

= , (2)

где - удельная теплоёмкость твёрдого салола.

Количество теплоты q₃, которое выделяется при кристаллизации за единицу времени,

, (3)

где λ – удельная теплота кристаллизации (плавления).

Величины Q₁, Q₂, Q₃ пропорциональны площадям фигур под соответствующими частями кривой охлаждения. Если t₂ – t₁ = t₄ – t₃ = t₅ –t₄, то величина q₃ может быть определена как среднее арифметическое между q₁ и q₂:

.

Подставив значения q₁, q₂, q₃ из уравнений (1) – (3), после преобразований получим:

. (4)

В данной работе используется установка, приведённая на рис. 2. 30. Пробирка 1, в которой находится кристаллическое вещество 2 (салол), располагается внутри цилиндрического нагревателя 4, подключённого к регулятору напряжения 5. Для измерения температуры служит термопара 6, которая соединена с гальванометром 3.

При работе установки по шкале гальванометра определяется электродвижущая сила термопары (ЭДС) в милливольтах, а температура образца рассчитывается по формуле

t = t _k + ε / C,

где t _k – комнатная температура, которая определяется по термометру; ε – (ЭДС) термопары; С – постоянная термопары.

Порядок выполнения работы

1. Включите гальвонометр в электрическую сеть.

2. Поместите пробирку с салолом внутрь нагревателя. Включите регулятор напряжения в электрическую сеть и отрегулируйте напряжение, которое подаётся на нагреватель (рабочее напряжение – примерно 30…50 В).

3. Отмечайте изменения температуры салола через каждые 30 с.

4. Нагрев салол до температуры 50ºС, достаньте пробирку из нагревателя, для чего поднимите муфту с лапкой и пробиркой и поверните их на некоторый угол так, чтобы горячий нагреватель не замедлял охлаждение. Отключите его от Электросети.

5. Продолжайте отмечать температуру остывающего салола через каждые 30 с. Наблюдения завершите, когда температура закристаллизовавшегося салола не станет на 3…5 градусов выше комнатной.

6. Постройте график зависимости температуры салола от времени (Т = f(t)) и по нему определите температуру плавления (кристаллизации) салола Т₂.

7. Для нахождения температур Т₁ и Т₂ спроецируйте точки A и D на ось абсцисс. От полученных значений соответственно влево и вправо отложите отрезки t₂ – t₁ и t₅ – t₄, равные t₄ – t₃. Проведите перпендикуляры до пересечения с кривой охлаждения и определите температуры Т₁ и Т₃, соответствующие этим точкам графика.

8. По формуле (4) определите удельную теплоту плавления (кристаллизации) салола.

9. Полученные результаты запишите в таблицу:

m1, кг

m2, кг

с, Дж/кг·К

с, Дж/(кг۠·К)

Т1, К

Т2, К

Т3, К

λ, Дж/кг

Контрольные вопросы и задания

1. Какие тела называются кристаллическими?

2. Что называют процессом плавления вещества? Что такое кристаллизация?

3. Почему при плавлении кристаллических тел их температура остаётся неизменной?

4. Какое состояние вещества называют переохлаждённой жидкостью? При каких условиях оно возникает?

5. Что называют удельной теплотой плавления?

6. Назовите единицы удельной теплоты плавления вещества. Получите их размерность.

7. Что такое удельная теплота кристаллизации и чему она равна?

8. Что называется температурой плавления (кристаллизации) твёрдого тела?

9. Какой величине пропорциональна площадь фигуры под кривой охлаждения вещества?

10. Почему количество теплоты g₃, которое выделилось за единицу времени кристаллизующимся салолом, равно g₁ + g₂/2 (здесь g₁, g₂ – количество теплоты, которое выделилось за единицу времени соответственно жидким и твёрдым салолом)?