12. Лабораторная работа «Измерение удельной теплоёмкости твёрдого тела»

Цель лабораторной работы, объект исследования, приборы и материалы

Тема сегодняшнего занятия посвящена тому, каким образом можно определить удельную теплоемкость вещества опытным путем, т. е. на практике. Конкретно мы рассмотрим определение теплоемкости на примере твердого тела – металлического (латунного) цилиндра.

Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра.

Объект исследования: латунный цилиндр, подвешенный на нити.

Приборы и материалы: металлический цилиндр на нити (рис. 1), стакан с горячей и стакан с холодной водой (рис. 2), два термометра (рис. 3), весы (рис. 4), калориметр (рис. 5).

Ход работы

1. Поместим металлический цилиндр в стакан с горячей водой и измерим термометром ее температуру. Она будет равняться температуре цилиндра, т. к. через определенное время температуры воды и цилиндра сравняются.

2. Затем нальем в калориметр холодную воду и измерим ее температуру.

3. После этого поместим привязанный на нитке цилиндр в калориметр с холодной водой и, помешивая в нем воду термометром, измерим установившуюся в результате теплообмена температуру (рис. 6).

Обработка данных и вычисление результата

Измеренная установившаяся конечная температура в калориметре и остальные данные позволят нам рассчитать удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Вычислять искомую величину мы будем исходя из того, что, остывая, цилиндр отдает ровно такое же количество теплоты, что и получает вода при нагревании, происходит так называемый теплообмен (рис. 7).

Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды необходимо количество теплоты:

, где:

— удельная теплоемкость воды (табличная величина),;

— масса воды, которую можно определить с помощью весов, кг;

— конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, ℃;

— начальная температура холодной воды, измеренная с помощью термометра, ℃.

При остывании металлического цилиндра выделится количество теплоты:

, где:

— удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр (искомая величина),;

— масса цилиндра, которую можно определить с помощью весов, кг;

— температура горячей воды и, соответственно, начальная температура цилиндра, измеренная с помощью термометра, ℃;

— конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, ℃.

Замечание. В обеих формулах мы вычитаем из большей температуры меньшую для определения положительного значения количества теплоты.

Как было указано ранее, в процессе теплообмена количество теплоты, полученное водой, равно количеству теплоты, которое отдал металлический цилиндр:

Следовательно, удельная теплоемкость материала цилиндра:

Полученные результаты в любой лабораторной работе удобно записывать в таблицу, причем проводить для получения усредненного максимально точно приближенного результата несколько измерений и вычислений. В нашем случае таблица может выглядеть примерно следующим образом:

Вывод: вычисленное значение удельной теплоемкости материала цилиндра

Сегодня мы рассмотрели методику проведения лабораторной работы по измерению удельной теплоемкости твердого тела. На следующем уроке мы поговорим о выделении энергии при сгорании топлива.

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.

2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «5terka.com» (Источник)

2. Интернет-портал «k2x2.info» (Источник)

3. Интернет-портал «youtube.com» (Источник)

4. Интернет-портал «youtube.com» (Источник)

Домашнее задание

1. На каком из этапов проведения лабораторной работы есть вероятность получить наибольшую погрешность измерений?

2. Какими должны быть материалы и устройство калориметра для получения наиболее точных результатов измерений?

3. * Предложите свою методику измерения удельной теплоемкости жидкости.