Тема: Визначення питомої теплоємності речовини.
Мета: визначити питому теплоємність речовини у твердому стані.
Обладнання: мірний циліндр; терези з важками; термометр; калориметр; металеве тіло з ниткою; склянка з водою кімнатної температури; паперові серветки; мішалка; електричний чайник з водою, що кипить (один на клас).
Опрацювання результатів експерименту
1. Визначте масу води в калориметрі $(m_{\text{води}} = \rho_{\text{води}} V_{\text{води}})$. Результат обчислень занесіть до таблиці.
$m_{\text{води}} = \rho_{\text{води}} \cdot V_{\text{води}} = 1 \text{ г/см}^3 \cdot 150 \text{ см}^3 = 150 \text{ г} = 0{,}15 \text{ кг}$
2. Помірку́йте та запов́ніть стовпчики 5–7 таблиці.
Виміряні дані: $c_{\text{води}} = 4200$ Дж/(кг·°C), $t_{0\text{тіла}} = 98°C$ (температура кипіння), $t = 28°C$ (кінцева температура)
| Вода | Тверде тіло | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| $t_{0\text{води}}$, °C | $t$, °C | $V_{\text{води}}$, м³ | $m_{\text{води}}$, кг | $c_{\text{води}}$, Дж/(кг·°C) | $t_{0\text{тіла}}$, °C | $t$, °C | $m_{\text{тіла}}$, кг | $c_{\text{тіла}}$, Дж/(кг·°C) |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 20 | 28 | 0,00015 | 0,15 | 4200 | 98 | 28 | 0,08 | 900 |
3. Скориставшись формулою $c_{\text{тіла}} = \frac{c_{\text{води}} m_{\text{води}} (t – t_{0\text{води}})}{m_{\text{тіла}} (t_{0\text{тіла}} – t)}$, визначте питому теплоємність металу $(c_{\text{тіла}})$.
$c_{\text{тіла}} = \dfrac{4200 \cdot 0{,}15 \cdot (28 – 20)}{0{,}08 \cdot (98 – 28)} = \dfrac{4200 \cdot 0{,}15 \cdot 8}{0{,}08 \cdot 70} = \dfrac{5040}{5{,}6} = 900 \text{ Дж/(кг·°C)}$
4. Скориставшись таблицею питомих теплоємностей деяких речовин у твердому стані, дізнайтеся, з якого металу виготовлено тіло.
Обчислене значення $c_{\text{тіла}} = 900$ Дж/(кг·°C) відповідає алюмінію, табличне значення питомої теплоємності якого становить $920$ Дж/(кг·°C). Тіло виготовлено з алюмінію.
Аналіз результатів експерименту
а) Яку величину визначали в експерименті?
Визначали питому теплоємність металу методом калориметрії. Питома теплоємність показує кількість теплоти для нагрівання 1 кг речовини на 1°C.
б) Який результат отримали?
Обчислили питому теплоємність металу: $c_{\text{тіла}} = 900$ Дж/(кг·°C). Порівняння з табличними даними показало, що тіло виготовлено з алюмінію (табличне значення 920 Дж/(кг·°C)). Відхилення від табличного значення — близько 2,2%.
в) Які чинники вплинули на точність результату?
Частина теплоти передалася калориметру та термометру. Гаряче тіло охолонуло під час переміщення з киплячої води до калориметра. Похибки виникли при вимірюванні температури та маси. Теплообмін із навколишнім середовищем призвів до втрат теплоти.
Творче завдання
Запропонуйте спосіб визначення питомої теплоємності рідини. Запишіть план відповідного експерименту.
План експерименту:
- Підготувати калориметр з відомою масою і теплоємністю
- Налити досліджувану рідину відомої маси та виміряти її початкову температуру
- Нагріти металеве тіло в окропі до 100°C
- Помістити нагріте тіло в рідину і виміряти температуру після встановлення рівноваги
- Розрахувати питому теплоємність рідини з рівняння теплообміну