Порядок виконання роботи

1. Записати вихідні дані експерименту: r_Сu = (8,60 ± 0,01)10³ кг/м³;

r_Fe = (7,80 ± 0,01)10³ кг/м³; r_Al = (2,69 ± 0,01)10³ кг/м³.

Питома теплоємність міді за різних температур, Дж/кг ∙ К:

t °С
c ·10^-3	0,398	0,402	0,404	0,408	0,413

2. Одягти електропіч 1 на мідний зразок і встановити перемикач термопари 4 в положення Сu.

3. Увімкнути живлення потенціометра 3 і секундоміра 2 (220 В).

4. Увімкнути живлення електропечі 1 і, стежачи за показами потенціометра, нагріти зразок до температури 300°С.

5. Вимкнути живлення електропечі, обережно зняти її зі зразка 6 і поставити на підставку.

6. Запустити секундомір 2 і через кожні 20 с записувати температуру зразка, стежачи за шкалою потенціометра 3. Вимірювання закінчити, якщо зразок охолодився до 100°С. Результати вимірювань записати в таблицю.

7. Виконати аналогічні експерименти з залізним та алюмінієвим зразками.

8. Побудувати на міліметровому папері графіки залежності Т °С =f (t)для кожного металу.

9. Визначити графічно значення dT/dt за заданих температур. Для цього необхідно розбити графіки вертикальними лініями, проведеними через кожні 10 с (див. рис. 10). Тоді

а температуру, яка відповідає цьому значенню dT/dt, визначають як

10. Побудувати графіки залежності dT/dt=f (T)для всіх зразків (див. рис. 10). З отри-маних графіків визначити dT/dt для температур 140, 160, 180, 200 і 240°С. Результати записати в таблицю.

11. Обчислити за формулою (5) питомі теплоємності заліза та алюмінію за температур, зазначених у п. 9.

Номер за пор.	t, с	T _Cu, °С	T _Fe, °С	T _Al, °С

….
n

Номер за пор.	t, °С	dT/dt, °С /c	с · 10³, Дж/кг · К
Fe	A l	Fe	A l

….	….

Контрольні запитання

1. Сформулюйте і запишіть перший закон термодинаміки.

2. Яке формулювання закону Дюлонга і Пті?

3. Дайте визначення теплоємності та питомої теплоємності тіл.

4. Який процес називають теплопередаванням?

5. У чому полягає фізичний зміст коефіцієнта теплопередавання?

6. Поясніть суть графічного методу визначення швидкості охолодження металу dT/dt.

7. Запишіть співвідношення між с_p і c_v для ідеального газу та кристалічного тіла.

Лабораторна робота № 210. ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ БОЛЬЦМАНА ТА УНІВЕРСАЛЬНОЇ ГАЗОВОЇ СТАЛОЇ

Завдання: визначити експериментально сталу Больцмана й обчислити універсальну газову сталу.

Приладдя: установка для визначення сталої Больцмана; рідина, яка легко випаровується за кімнатної температури (діетиловий ефір, етиловий спирт, ацетон); шприц медичний.

Теоретичний матеріал, який необхідно засвоїти під час підготовки до виконання роботи: ідеальний газ, рівняння Менделєєва–Клапейрона, закони Авогадро і Дальтона, основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії, фізичний зміст сталої Больцмана й універсальної газової сталої.

Література:

1) § 14.5, c. 241–247;

2) § 13.1–13.2, c. 129–138;

3) § 42–44, с. 129–138;

4) § 41–43, с. 73–78.

Опис установки. Експериментальна установка (рис. 11) складається зі скляної посудини 1, закритої корком 2, у який герметично вставлені голка шприца 3 і скляна трубка з кранами 4 і 5. Кран 5 з’єднаний гумовою трубкою з водяним манометром 6.

Ідея роботи та виведення робочої формули. Визначення сталої Больцмана в цій роботі ґрунтується на використанні рівняння стану ідеального газу Менделєєва–Клапейрона

(1)

та співвідношення між універсальною газовою сталою R і сталою Больцмана k

R=kN_A, (2)

де N_A = 6,022 •10²³ моль^-1– число Авогадро.

Як модель ідеального газу в цій роботі використовують пару рідини, яка швидко випаровується за кімнатної температури (наприклад, діетиловий ефір). Якщо порцію ефіру масою m вприснути у закриту посудину об’ємом V ₀, то тиск у посудині збільшиться від Р ₀до Р ₀+D Р, де Р ₀– атмосферний тиск, а D Р –парціальний тиск пари ефіру. Стан пари ефіру описує рівняння (1). Тоді з (1) і (2) отримаємо