DSCF6596

148

C-8. Pomiar ciepła parowania wody

1. Wstęp

Przeniesienie pojedynczej molekuły danej substancji z fazy ciekłej do gazowej (parowanie) wymaga dostarczenia energii niezbędnej do przezwyciężenia sił przyciągania ze strony sąsiednich molekuł.

Energia ta, odniesiona do jednostki masy cieczy, nazywa się ciepłem parowania. Ciepło parowania jest zależne od temperatury. W ćwiczeniu mierzymy c_p w temperaturze wrzenia.

2. Metoda pomiaru

Energia dostarczana jest przez spiralę grzejną, umieszczoną w izolowanym termicznie naczyniu z wodą (rys. 42).

Rys. 42. Naczynie pomiarowe

do autotransfor-

Straty cieplne q są stałe dla danej temperatury otoczenia, jeśli zaniedbać promieniowanie grzejnika. Bilans cieplny ma więc postać:

Pt = mc_p + qt    (1)

gdzie P = Ul oznacza moc grzejnika, m - masę wody, która wyparowała w czasie t, q - straty, c_p - ciepło parowania wody.

Ze związku 1 wyznaczyć można c_p:

P — q P

l ostatniej zależności wynika, że nieznane straty q mają tym mniejszy ,plyw na wynik, im większa jest moc grzejnika. We wzorze 2 c'_p oznacza sumę ciepła parowania i strat, przypadających na jednostkę masy. Jeśli pomiary przeprowadza się dla różnych mocy grzejnika, jednak zachowując warunek =const, wówczas większej mocy będzie odpowiadał krótszy czas pomiaru, tła tym fakcie oparta jest idea doświadczenia - należy wyznaczyć c'_p w serii pomiarów dla różnych mocy P. Wykres zależności c'_t od czasu t, c'_p = c'_p(t), należy następnie ekstrapolować do £ = 0, tzn. dla przypadku „nieskończenie dużej" mocy grzejnika. Prosta przetnie wówczas oś rzędnych w punkcie bliskim wartości ciepła parowania c_p. (Wynik obarczony jest błędem systematycznym związanym m. in. z zaniedbaniem promieniowania grzejnika). To, że oczekiwani zależność ma charakter liniowy, wynika ze wzoru 2:

(3)

3, Układ doświadczalny

Schemat obwodu elektrycznego przedstawia rys. 43.

R

G

do

autotrans

formatora

Rys. 43. Schemat włączenia grzejnika

4, Pomiary

Po zmontowaniu układu umieszczamy na szalkach wagi naczynie pomiarowe i odważniki. Do naczynia należy dolać nieco wody, aż do uzyskania malej „nadwagi”. Następnie włączamy prąd i ustalamy moc wydzieloną