Piotr Jankowiak gr. C 14. 05. 2000 r.

WM sem. IV ( mgr )

Ćwiczenie nr 18.

Temat: Pomiar ciepła właściwego cieczy w stałym ciśnieniu metodą elektryczną.

Ciepło właściwe c (J/kgK) jest to liczbowo ilość ciepła Q pobierana lub oddawana przez jednostkę masy m danej substancji przy zmianie temperatury Δt o jeden stopień Kelwina lub Celcjusza (ściślej
). Zależne jest ono od rodzaju substancji, stanu skupienia, temperatury, ciśnienia, a także od sposobu ogrzewania. Rozróżnia się ciepło właściwe c_V w stałej objętości oraz ciepło właściwe c_P pod stałym ciśnieniem. Konieczne jest to w przypadku gazów, ponieważ c_P - c_V = R, gdzie R odpowiada stałej gazowej w równaniu stanu. Wartość tych wielkości zależy od rodzaju gazu, ściślej z ilu składa się atomów (czyli, ile posiada stopni swobody). Przyjęto, że:

• dla gazu jednoatomowego (liczba stopni swobody n=3)

c_V = 3/2R

c_P = 5/2R

• dla gazu dwuatomowego (liczba stopni swobody n=5)

c_V = 5/2R

c_P = 7/2R

• dla gazu wieloatomowego (liczba stopni swobody n=6)

c_V = 3R

c_P = 4R.

Ciepło właściwe gazu przy stałej ciśnieniu jest większe niż przy stałej objętości o różnicę równą pracy jaką wykonuje gaz zmieniając swą objętość przy ogrzewaniu go pod stałym ciśnieniem.

Przedmiotem kalorymetrii jest badanie ciepła właściwego i ciepła przemiany, przedmiotem służącym do powyższego celu jest kalorymetr.

Kalorymetr ten zwany kalorymetrem wodnym składa się z dwu cylindrycznych naczyń metalowych umieszczonych jedno w drugim. Naczynie wewnętrzne spoczywające na korkach lub innych izolatorach termicznych ze względu na swe dobre przewodnictwo cieplne bierze udział w wymianie ciepła w całej swej masie.

Rys. kalorymetru do pomiaru ciepła Joule'a.

Zasada działania elektrokalorymetru opiera się na zasadzie procesu zmiany pracy prądu elektrycznego na energię wewnętrzną zgodnie z prawem Joule'a. Prosty kalorymetr elektryczny otrzymuje się z kalorymetru o ściankach metalowych do, którego wprowadza się spiralę grzejną z drutu oporowego (konstantanu). Wzór na ciepło Joule'a wytworzone podczas przepływu prądu elektrycznego ma postać:

Jeżeli spirala grzejna zanurzona jest w badanej cieczy to ciepło Joule'a przekazane zostaje tej cieczy oraz naczyniu kalorymetru o pojemności cieplnej W. Zaobserwujemy wzrost temperatury od początkowej t₁ do końcowej t₂. Ciepło pochłonięte Q₂ przez dwie substancje jest równe:

Ponieważ Q₁ = Q₂ z zasady zachowania, czyli wzór ostateczny ma postać:

Schemat układu pomiarowego.

+

-

Oszacowanie błędów metodą różniczki zupełnej.

V

A

---