226

5.1.5. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą elektryczną

Przygotowanie ćwiczenia od strony teoretycznej wymaga znajomości zagadnień i definicji zawartych we wstępach do elektryczności i termodynamiki.

Różnica potencjałów przyłożona do dowolnego odcinka przewodnika spowoduje uporządkowany ruch nośników prądu. Oznacza to, że w czasie t przez przekrój poprzeczny przewodnika przepłynie ładunek q = 11. Praca wykonana przez siły pola nad przesuwanym ładunkiem q wyniesie:

W-Uq-TJIt    (5.25)

gdzie:

11 napięcie przyłożone do przewodnika,

1 -natężenie prądu,

t - czas przepływu prądu w przewodniku.

W przypadku, gdy przewodnik jest nieruchomy oraz nie zachodzą w nim żadne reakcje chemiczne, to wykonana nad ładunkiem q praca powoduje wzrost energii wewnętrznej przewodnika. Oznacza to, że wykonana przez prąd praca jest równa ciepłu wydzielonemu w przewodniku.

W - Q    (5.26)

Wykorzystując prawo Ohma, można wyrażenie na ilość ciepła wydzielonego w przewodniku przez przepływający w nim prąd stały zapisać w postaci:

Q=RI²t    (5.27)

Wyrażenie powyższe nosi nazwę prawa Joule a-Lenza. Mówi ono, że ilość ciepła, jaka wydzieli się w przewodniku, jest wprost proporcjonalna do kwadratu natężenia prądu oraz czasu trwania jego przepływu. Współczynnikiem proporcjonalności jest opór danego przewodnika (odbiornika energii elektrycznej). Jeżeli natężenie prądu przepływającego przez przewodnik (odbiornik) zmienia się w czasie, to ilość wydzielonego ciepła określa wyrażenie:

t

Q = \RI²dt o

W przypadku, gdy odbiornik energii elektrycznej zasilany jest prądem siennym, to w obliczeniach ilości wydzielonego ciepła należy uwzględnić wartości skuteczne napięcia i natężenia prądu. W ćwiczeniu, ilość ciepła Q, jaka wydzieli się na odbiorniku (w ćwiczeniu — opornik), który zanurzony pi ^{w ciec}zy ^w kalorymetrze, pobrana zostanie przez samą ciecz — Qj oraz orymetr - Q₂. Przyjmując, że kalorymetr stanowi układ adiabatyczny, °fcna na podstawie zasady zachowania energii napisać bilans cieplny: