skanuj0061

120

120

Rys.l. Schemat budowy kalorymetru

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 AE_z znajdującej się w kalorymetrze powinna być równomiernie rozprowadzona w całej jej masie. Rozprowadzamy ją mieszając ciecz mieszadłem.

Mówimy, że 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 fj'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 AĄ- Prawo zachowania energii prowadzi wówczas do następującego równania bilansu cieplnego:

AE = AE_C + AE_k.    (2)

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

m-c-(f₂ -r₃) = m_c c_c-(f₃ -t_i)+m_t-c_k -(*₃ -h)>    (3)

gdzie m, c, m_c, c_c oraz m*, Ck to odpowiednio masy i ciepła właściwe użytego w doświadczeniu ciała, cieczy wypełniającej kalorymetr oraz samego kalo-i Yindm 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 (wi*). 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 (/i), 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 (^ kalorymetru, wody i badanego ciała.

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

(4)

(m_wę_w+m_kc_k)(l₃ -t₂)

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