Л.р. №1 "Сравнение количеств теплоты при теплообмене"

!!! Все числовые данные, выделенные красным цветом приведены для примера. Необходимо внести данные, полученные в ходе эксперимента!!!!

Цель: проверить выполнение закона сохранения и превращения энергии в тепловых процессах.

Оборудование: термометр лабораторный, колба с водой, мензурка, калориметр, чайник с теплой водой.

Проверь себя

Ответьте на письменные вопросы.

Количество поглощённой (выделенной) теплоты зависит от массы тела, изменения его температуры и удельной теплоемкости вещества, из которого состоит тело.

2. В чем смысл уравнения теплового баланса? 

При теплообмене количество теплоты, отданное более горячим телом, равно по модулю количеству теплоты, полученному более холодным телом, если нет потерь теплоты.

Ход работы

I. Приборные измерения и вычисления.

Δt₂ = 47 ℃ - 76 ℃ = - 29 ℃

9. Определите и запишите в таблицу изменение температуры холодной воды Δt₁ = t₃ - t₁

Δt₁ = 47 ℃ - 20 ℃ =  27 ℃

10. Определите массу холодной воды m₁ и теплой воды m₂

m₁  =   m₂ = ρ·V = 1000 кг/м³·100·10⁻⁶ м³ = 0,1 кг

Значения объемов и масс холодной и теплой воды запишите в таблицу.

11. Рассчитайте и запишите в таблицу количество теплоты, отданное теплой водой Q₂ = cm₂ Δt₂

Q₂ = 4200 Дж/кг℃·0,1 кг·(-29)℃ = -12180 Дж

12. Рассчитайте и запишите в таблицу количество теплоты, полученное холодной водой Q₁ = cm₁ Δt₁

Q₁ = 4200 Дж/кг℃·0,1 кг·27℃ = 11340 Дж

13. Сравните модули количеств отданной и полученной теплоты и объясните результаты сравнения

।Qотд। = ।Q₂। = 12180 Дж

।Qполуч। = ।Q₁। = 11340 Дж

।Qотд। ≈ ।Qполуч।

Результаты показывают, что количество полученной и отданной теплоты примерно одинаково, однако количество теплоты, отданное горячей водой несколько больше, количества теплоты, полученного холодной водой. Это связано с тепловыми потерями в окружающую среду (калориметр не сохраняет идеально теплоту).

II. Контрольные вопросы.

Масса воды определялась по формуле:  m = ρ·V     ρ= 1000 кг/м³    V = 100·10⁻⁶ м³ 

2. Почему калориметр имеет двойные стенки?

Между стенками калориметра имеется прослойка воздуха, который является теплоизолятором. Благодаря этому уменьшаются потери теплоты в окружающую среду.

3. Почему холодную воду лучше брать комнатной температуры?

Это делают для того, чтобы температура холодной воды не изменялась за счет теплообмена с окружающей средой

4. Будут ли равны модули изменения температуры и количества отданной и полученной теплоты, если использовать неравные массы теплой и холодной воды?

Модули изменения температур горячей и холодной воды будут различными, а количество полученной и отданной теплоты будут равны в соответствии с уравнением теплового баланса.

Выводы:

В данной работе проверялось выполнение закона сохранения и превращения энергии в тепловых процессах. Полученные результаты показывают, что модули отданной и полученной теплоты равны только приблизительно, потому что часть теплоты уходит в окружающую среду. В  нашем эксперименте потери за счет теплопередачи в окружающую среду и нагревание стенок внутреннего стакана калориметра составили:  Q потер. = 12180 Дж - 11340Дж = 840 Дж

III. Суперзадание.

Объясните, как влияет на полученные результаты участие в теплообмене калориметра. Всегда ли можно этим влиянием пренебречь?

Использование калориметра снижает тепловые потери, связанные с теплопередачей окружающей среде. Однако количество теплоты отданное горячей водой всегда больше количества теплоты, полученного холодной водой, так как невозможно исключить потери на нагревание стенок калориметра и окружающей среды.

Пренебречь влиянием калориметра можно только в том случае, если теплоемкость внутреннего стакана калориметра значительно меньше теплоемкости исследуемого тела (вещества)