Измерение удельной теплоты плавления льда

Цель работы: измерить удельную теплоту плавления льда и найти погрешность

Оборудование: калориметр, термометр, мензурка, сосуд с теплой водой, сосуд с водой и снегом.

Содержание и метод выполнения работы:

Определение переданного или полученного количества теплоты на основании измерений температуры требует осуществления теплообмена между двумя или более телами без совершения работы. Для таких измерений используется калориметр. Калориметр представляет собой два цилиндрических сосуда, радиус одного из них немного больше радиуса другого. Сосуд меньших размеров ставится внутрь второго на теплоизолирующую подставку. Между стенками сосудов находится воздух, являющийся хорошим теплоизолятором.

Во внутренний сосуд наливается жидкость. Если в жидкость опустить тело с температурой t₁, которая выше температуры t₂ жидкости и калориметра, то между жидкостью и телом происходит теплообмен до установления теплового равновесия. При теплоизоляции от внешних тел и равенстве нулю работы внешних сил внутренняя энергия в калориметре в сумме не изменяется, следовательно, сумма количества теплоты Q₁, полученного исследуемым телом, количества теплоты Q₂, полученного жидкостью, и количества теплоты Q₃, полученного внутренним сосудом калориметра, равна нулю. На этом основании составляется уравнение теплового баланса.

Ход работы:

1. Оставьте снег в сосуде до начала таяния, т.к. тающий снег имеет температуру t₁=0⁰С.

2. Измерьте термометром температуру воздуха t_2.

3. Налейте в мензурку 150 мл теплой воды при температуре примерно 40⁰С. Измерьте температуру t₃ теплой воды в цилиндре и перелейте эту воду во внутренний стакан калориметра.

4. Тающий снег ложкой опускайте в калориметр с теплой водой. После опускания каждой ложки снега ожидайте его полного расплавления и следите за показаниями термометра. Снег нужно добавлять до тех пор, пока температура воды в калориметре не опустится до значения t₂, равной температуре окружающего воздуха. В этом случае начальная и конечная температура стакана калориметра одинаковы, стакан не получает и не отдает теплоту. Следовательно, в уравнении теплового баланса входят только количество теплоты, идущей на нагревание воды, образовавшейся в результате таяния льда: Q₂=m₁с(t₂-t₁), и количество теплоты Q₃, выделяющейся при остывании теплой воды: Q₃=m₂с(t₂-t₃).

Уравнение теплового баланса имеет вид: _,где с - удельная теплоемкость воды (с=4,18 кДж/(кг·К)), m₁- масса льда, m₂- масса теплой воды.

Массу льда можно определить, перелив в мензурку воду из калориметра после завершения эксперимента. Объем воды, образовавшийся в результате таяния льда, равен разности объемов всей воды и теплой воды: V₁=V₂-V₃. Масса льда равна . Плотность льда 900 кг/м³.

5. Вычислите удельную теплоту плавления льда по формуле:

. Формулу и подстановку значений записать под таблицей.

6. Оцените границы погрешностей измерений и вычислений. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

V₁, м³	V₂, м³	V₃_,м₃	m₁, кг	m₂, кг	t₁, ⁰С	t₂, ⁰С	t₃, ⁰С	, Дж/кг	, Дж/кг

7. К расчету погрешности: . Где - абсолютная погрешность измерения массы (взять равной 0,5 г = 0,0005 кг), - абсолютная погрешность измерения температуры (принять за половину цены деления термометра).

8. Вычислите абсолютную погрешность измерения удельной теплоемкости .

9. Сделайте вывод в работе. Окончательный результат записать в виде (Дж/кг),