Методические указания к лабораторным работам для студентов второго курса специальности 101600 Тамбов 2003 (стр. 1 из 3)
Министерство образования РФ
Тамбовский государственный технический университет
Измерение ТЕПЛОЕМКОСТИ
Методические указания к лабораторным работам
для студентов второго курса специальности 101600
Тамбов 2003
УДК 621.1.016(076)
ББК з311я73-5
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
Составители
к.т.н., профессор В.И. Ляшков
ассистент В.А. Русин
Рецензент
к.т.н., доцент В.И Барсуков
Измерение теплоемкости: метод. указания к лаб. работам /Сост. В.И. Ляшков., В.А. Русин -Тамбов: Тамб. гос. тех. ун-т, 2003. -14 с
Приводятся методические указания и порядок выполнения двух лабораторных работ, включая подробное описание экспериментальной установки, методики проведения экспериментов и обработки опытных данных. Дается список рекомендуемой литературы.
Ó Тамбовский государственный
технический университет
Тамбов 2003
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
Цель работы
Освоить методику калориметрических измерений, опытным путем определить удельную теплоемкость жидкости.
Основы теории
Удельная теплоемкость - это одна из важнейших теплофизических характеристик вещества, знание которой совершенно необходимо при инженерных расчетах любых тепловых процессов. Особенности калориметрических измерений удельной теплоемкости приведены в учебной литературе [1] и специальных монографиях [2], [3].
Удельной теплоемкостью называют количество тепла, которое необходимо подвести к единице количества вещества, чтобы нагреть его на 1 градус. Поскольку количество вещества можно задавать его массой, объемом при нормальных условиях или числом киломолей, различают массовую, объемную и мольную теплоемкость. В соответствии с приведенным определением средняя массовая теплоемкость в процессах при V=сonst выражается формулой:
(1)где Q1-2 – подведенное за процесс тепло, Дж; m – масса вещества, кг; t1, t2 – температуры в начале и конце процесса, К.
Если опытным путем определить все величины, стоящие в правой части формулы (1), то легко найти и значение сvm, как результат косвенных измерений.
Обычно нагрев производится с помощью электронагревателя, и тогда количество подведенного тепла Q1-2 определяют по мощности электронагревателя и продолжительности его работы:
(2)где U – падение напряжения на нагревателе, В; i – ток в цепи, а; t - продолжительность работы нагревателя, с; Kк – так называемая константа калориметра, показывающая, какая доля выделенного тепла пошла на нагрев исследуемого вещества. Величина (1- Kк) определяет долю тепла израсходованного на разогрев деталей калориметра и на теплопотери в окружающую среду.
Количество вещества m определяют взвешиванием, температуры t1 и t2 – с помощью различного вида термометров.
Экспериментальная установка и методика экспериментов.
 Рис. 1 Схема экспериментальной установки |
Общая схема экспериментальной установки очень проста и приведена она на рис. 1. От стабилизированного блока питания БП через двойной тумблер Т напряжение питания подается на электрический нагреватель адиабатического калориметра АК. Падение напряжения и ток в цепи измеряются соответственно вольтметром В и амперметром А. При включении нагревателя одновременно запускается в работу цифровой секундомер ЦС. И блок питания, и секундомер – промышленные приборы универсального назначения. Специальным устройством здесь является адиабатический калориметр постоянного объема, устройство которого показано на рис. 2.
Сосуд Дьюара 6 размещается в жестяном кожухе 9 на подставке 11. Пространство между ними заполнено пластинами из пенопласта, чтобы уменьшить тепловые потери в окружающую среду. Сверху в сосуд вставляется крышка 5 из малотеплопроводного и в меру прочного материала. На крышке установлен микроэлектордвигатель 3 с мешалкой 10, а также 3 электронагревателя 2 в герметичных стеклянных трубках. Там же закреплены терморезистор 7 и колодка 1 разъема электрических проводов. В отверстия крышки вставляются астатический термометр Бекмана 4 с ценой деления 0,01 К, и лабораторный термометр 8 с ценой деления 0,1 К.
Экспериментальное исследование выполняется в следующей последовательности:
1. С помощью мерного цилиндра отмеряются 450 мл исследуемой жидкости, наливают ее в специальную колбу и взвешивают колбу на лабораторных весах ВЛК-500 с точностью до 0,01 г. Жидкость выливают в калориметр, взвешивают пустую колбу. Находят массу жидкости в калориметре
mж=m1-m2
2. Устанавливают крышку калориметра, подключают электрические провода, вставляют термометры в соответствующие отверстия крышки. Включают блок питания. При этом начинает работать мешалка.
3. Тумблером включают электронагреватель, с помощью регуляторов Б.П. устанавливают рабочее напряжение (25-30 В) и прогревают жидкость до заданной температуры t, при которой планируется проводить измерения, наблюдая за ней по лабораторному термометру (обычно 35¸40 0С).
4. При достижении заданной температуры нагрев жидкости выключают. Осторожно вынимают термометр Бекмана, переворачивают его "вверх ногами", и переливают часть ртути в верхний резервуар (~ 40-60 с). После чего термометр переворачивают в нормальное положение и резким встряхиванием разрывают ртутный столбик. Термометр устанавливают на место, наблюдая за его показаниями. Если в результате переливания он будет показывать 0,4-0,9 К, то он готов к работе. Если его показания больше - нужно повторить переливание. Если показания термометра Бекмана приближаются к 0 К, но еще не достигли его, можно на время включить нагрев и подогнать показания до 0,3-0,4 К.
5. Когда термометр Бекмана настроен, включают цифровой секундомер, устанавливают его показания на ноль. После выдержки в 2-3 минуты начинается непосредственно калориметрический опыт. Он проводится группой из 2-х студентов. При этом один из них, наблюдая по стрелочному секундомеру через каждые 25 с, подает команду "Приготовиться", а через 30 с - команду "Замер". По этой команде другой студент - наблюдатель фиксирует и записывает в протокол измерений показания термометра Бэкмана и другие измеряемые величины. В таком режиме (без включения нагревателя и цифрового секундомера) проводится 5-6 измерений.
6. После 5-6 измерений включают нагрев, (при этом включается и цифровой секундомер) и повторяют запись показаний термометра Бекмана через каждые 0,5 мин. И это продолжается до тех пор, пока температура в калориметре не увеличится примерно на 4 К, т.е. пока на термометре Бэкмана ртутный столбик не поднимется до значений 4,40-4,60 К. После этого выключают электронагреватель.
7. В том же режиме (через каждые 0,5 мин) продолжают записывать показания термометра Бекмана еще примерно 3¸3,5 минуты (6-7 измерений), заполняя протокол измерений.
8. В протокол измерений записывают показания лабораторного термометра и цифрового секундомера, после чего или выключают блок питания и секундомер, или готовят калориметр к измерениям при более высокой температуре t.
Протокол измерений (в качестве примера приведен заполненный по результатам одного из калибровочных опытов. Все калибровочные опыты проведены при участии студента гр. М-21 Кавалева С.В.).
Дата 15.04.02 .
Исследуемая жидкость вода , объем Vк=450 мл.
Масса заполненной колбы m1=496,27 г.
Масса пустой колбы mк=54,20 г.
| t, мин | tБ, К | t, 0С | U, дел | I, дел | Примечания |
| 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 | 0,45 0,44 0,42 0,41 0,39 0,38 0,36 0,53 0,84 1,17 1,49 1,82 2,14 2,47 2,79 3,12 3,44 3,76 4,08 4,40 4,59 4,58 4,56 4,54 4,52 4,50 4,48 | 34,4 38,4 | 75 75,0 75,0 75,0 | 62,0 62,0 62,0 | Вкл. нагрев Выкл. нагрев t=394,959 с. tБ1=0,35 tБ2=4,62 |
Обработка результатов эксперимента