ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ И ТЕПЛОТЫ ПАРООБРАЗОВАНИЯ ВОДЫ
ЦЕЛЬ. Определить удельную теплоемкость воды; определить удельную теплоту парообразования, коэффициент объемного расширения воды; определить КПД нагревателя чайника.
ОБОРУДОВАНИЕ. Электрочайник; два мерных стакана объемом Vо= 1 л; жидкостный термометр (до 100оС); линейка; тестер; секундомер.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.
1. ТЕПЛОТОЙ называется такая форма передачи энергии, при
которой осуществляется непосредственный обмен энергией между
хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел. При этом за
счет переданной телу энергии усиливается неупорядочненное движение его
частиц, т.е. увеличивается внутреняя энергия тела. Процесс передачи
внутренней энергии без совершения работы называется теплообменом.
Мерой энергии, переданной в форме теплоты в процессе теплообмена, служит величина, называемая количеством теплоты.
Удельной теплоемкостью вещества называется количество теплоты, которое нужно сообщить единице массы данного вещества, чтобы нагреть его на ∆Т = 1 К:
(1)
Теплоемкость тела зависит от его массы, химического состава, термодинамического состояния тела и вида того процесса, в котором телу передается энергия в форме теплоты.
Таким образом, количество теплоты, получаемое телом в процессе теплопередачи можно выразить:
Q = с m ∆T (2)
|
|
|
где с- удельная теплоемкость тела, m - масса тела, ∆T - изменение его температуры.
2. Интервал жидкого состояния воды составляет 100 К (от 0 до 100оС). При температуре 100oС она переходит в другое агрегатное состояние (пар). Этот фазовый переход сопровождается поглощением энергии, необходимой для разрыва связей между молекулами жидкости. Он протекает при постоянной температуре (для воды - 100оС).
Количество теплоты, которое необходимо передать единице массы жидкости, чтобы при температуре кипения перевести ее в газообразное состояние, называется удельной теплотой парообразования:
l = Q / m (3)
3. В процессе теплообмена (без совершения работы) более нагретое тело передает определенное количество теплоты Q1 менее нагретому, находящемуся с ним в тепловом контакте. При этом менее нагретое тело получает количество теплоты Q2, причем:
Q1 = Q2 (4 )
Уравнение (4) носит название уравнения теплового баланса. Из (4) следует, что:
с1 m1 D T 1 = с2 m2 D T 2 , (5)
где с1 и с2 - удельные теплоемкости контактирующих тел, m1 и m2 - их массы, D T1 и D T 2 - изменение температуры тел в процессе теплообмена.
|
|
|
Когда система достигает теплового равновесия, температура во всех частях системы становится одинаковой.
4. Работа любого нагревателя сопровождается потерями энергии
вследствие теплообмена с окружающей средой.
Поэтому не вся выделяемая теплота идет на нагревание рабочего тела. Нагревательные приборы характеризуются коэффициентом полезного действия (КПД).
КПД нагревателя:
h = Qпол / Qзатр (6)
Здесь Qпол - полезная теплота, передающаяся нагреваемому телу;
Q зат р - количество теплоты, выделяемое нагревательным элементом.
Равенство (6) можно выразить через мощность:
(7)
где Wo - мощность нагревателя, W' - мощность потерь.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
В данной работе определяется теплоемкость 1 л воды, удельная теплота парообразования, коэффициент теплового расширения воды. Определяя мощность потерь (методом охлаждения), вычисляют КПД нагревателя.
Замечание: Перед выполнением работы внимательно прочитайте настоящую инструкцию, т.к. предложенная методика требует предельной собранности и аккуратности экспериментатора. Будьте осторожны при работе с термометром. Во избежание растрескивания термометра и мерных стаканов, не допускайте резкого перепада температур: прежде чем в холодный стакан налить кипящую воду, слегка прогрейте его до комнатной температуры.
|
|
|
1. Определите мощность Wo = U 2/R нагревателя чайника, для этого измерьте сопротивление R нагревателя (тестером), а также напряжение U в сети при включенном нагревателе чайника. Если напряжение измеряет ИСТ- 1 (режим "СЕТЬ"), то все ее потребители электропитания должны быть отключены.
Подготовьте два стакана (мензурки) и залейте в каждый по Vo = 1 л холодной воды.
2. Залейте в чайник Vo = 1 л воды. Через 1-2 мин. Измерьте температуру залитой воды Т1. Включите чайник и за время t1 доведите воду до кипения при температуре Т2. Для определения мощности потерь W' выключите нагреватель и в течение t2 = 3 минут проследите за остыванием воды до температуры T3.
3. Вылейте из чайника в мерный стакан горячую воду с температурой Т4 и быстро залейте из второго стакана Vо = 1 л холодной воды при температуре Т5. После заливки вода через 1-2 минуты прогреется до температуры Т6.
4. Измерьте температуру Т 7 и уровень горячей воды в мерном стакане и определить ее объем V2. Для определения долей деления мерного стакана используйте миллиметровую линейку.
|
|
|
5. Доведите воду в чайнике до кипения и кипятите ее в течение t3 = 4 минут. Вылейте воду в мерный стакан. Дайте воде остыть до температуры Т7 и измерьте ее объем V3.
6. Данные измерений занесите в таблицу:
Таблица 1.
| T1 | t1 | T2 | t2 | T3 | T4 | T5 | T6 | T7 | V2 | t3 | V3 |
U = . . . . R = . . . . Wo = .......
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 457; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!