skanuj0061

120

120

nakrywamy tekturową pokrywą (8) przeciętą na pół. Płaszcz kalorymetru chroni przed wymianą energii (przez cieplny przepływ energii) między kalo-rymetrem a otaczającymi przedmiotami.

Termometr używany do pomiarów kalorymetrycznych powinien mieć działkę elementarną 0,1° C. Energia dostarczona cieczy A£_c znajdującej się w kalorymetrze powinna być równomiernie rozprowadzona w całej jej masie. Rozprowadzamy ją mieszając ciecz mie-

„ , „ ,    , .    , ,    szadłem.

Rys. 1. Schemat budowy-kalorymetru    .    .    .    , , •

Mówimy, ze pomiary kalorymetryczne służą do wyznaczenia tzw. bilansu cieplnego, tzn. bilansu opartego na prawie zachowania energii. Jeżeli do kalorymetru wypełnionego cieczą znajdującego się pierwotnie w temperaturze t\ włożymy ciało, którego temperatura h jest większa od t\, to wówczas ciało to od chwili zanurzenia do momentu ustalenia się jednakowej temperatury w całym układzie odda AE energii cieplnej. Aby energia ta została przez układ (rozumiany tu jako izolowany) zachowana, musi zostać w całości pochłonięta przez ciecz AE_c oraz przez sam kalorymetr APrawo zachowania energii prowadzi wówczas do następującego równania bilansu cieplnego:

ŁE = AE_C + AE_k.    (2)

Zauważamy, że każdy z powyższych przyrostów energetycznych można wyrazić poprzez równanie (1). Równanie bilansu cieplnego przybiera wówczas formę:

gdzie m,c,m_c,c_c oraz mk , ^ck to odpowiednio masy i ciepła właściwe użytego w doświadczeniu ciała, cieczy wypełniającej kalorymetr oraz samego kalo-i yinolru wraz z pokrywą i mieszadłem.

Znając zatem odpowiednie masy oraz przyrosty temperatur (wyznaczone w trakcie przeprowadzania doświadczenia) potrafimy określić ciepło właściwe związane z dowolnym przyrostem energetycznym występującym w równaniu (2), o ile tylko znane są ciepła właściwe dwóch pozostałych składników.

3. Wykonanie ćwiczenia

3.1. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych

Na wadze laboratoryjnej mierzymy masę kalorymetru wraz z pokrywą i mieszadłem (m*). Wszystkie te części są wykonane z aluminium, którego ciepło właściwe wynosi 896 J/kg-°C. Następnie wlewamy do kalorymetru wodę (np. około 1/3 jego objętości). Mierzymy na wadze masę kalorymetru z wodą (m_T) i tym samym wyznaczamy masę wody: m_w = m_T- m*>

Po wyrównaniu się temperatur kalorymetru i wody mierzymy termometrem temperaturę wody znajdującej się w kalorymetrze (t[), która jest tak samo temperaturą kalorymetru z pokrywą i mieszadłem.

W ćwiczeniu tym ciałami stałymi, których ciepła właściwe chcemy wyznaczyć, są metalowe walce. Aby podgrzać badany walec umieszczamy go na specjalnie przygotowanej do tego celu podstawce. Następnie, walec wraz z podstawką umieszczamy w odpowiednim naczyniu, które napełniamy wodą do ok. 2/3 wysokości walca. Z kolei naczynie to podgrzewamy, a tym samym zwiększamy temperaturę umieszczonego w nim walca. Każdy z walców mą specjalnie nawiercony otwór, który umożliwia umieszczenie w nim sondy wspomnianego wcześniej termometru elektronicznego. Gdy badane ciało (metalowy walec) będzie miało temperaturę bliską temperatury wrzenia wody (t₂), przerywamy ogrzewanie i w miarę szybko wkładamy je (za pomocą przygotowanych do tego celu szczypiec) do kalorymetru. Kalorymetr i płaszcz przykrywamy pokrywami. Mieszając mieszadłem zawartość kalorymetru, oczekujemy wyrównania się temperatur ((j) kalorymetru, wody i badanego ciała.

Równanie (3) pozwala na wyrażenie ciepła właściwego badanego ciała w postaci:

(4)

(m_wc_w+m_kc_k)(t₃ -t₂)

gdzie: m_k - masa kalorymetru z pokrywą i mieszadłem (kg), c* - ciepło właściwe kalorymetru (aluminium) równe 896 J/kg-°C, m_w - masa wody (kg), c_w