Лабораторна робота з теми "Перевірка рівняння теплового балансу при змішуванні води різної температури"

Лабораторна робота №1.

Тема. Перевірка рівняння теплового балансу при змішуванні води різної  температури.

Мета: а) ознайомитися з будовою та принципом дії калориметра;

б) порівняти кількості теплоти, віддану гарячою водою та отриману  холодною.

Теоретичні відомості.

1)Будова та принцип дії калориметра.  

2)Рівняння теплового балансу.

Обладнання: калориметр, мірний циліндр, термометр, посудини з гарячою та холодною водою.

Хід роботи.

1.Підготувати обладнання до виконання роботи.

2.Ознайомитися з будовою та принципом дії калориметра.

3.Результати вимірювань та обчислень занести в таблицю:

4.Розрахунки.

5.Аналіз експерименту та його результатів.

(Проаналізуйте результати своєї роботи, усно відповівши на контрольні запитання:

1.Якою була мета вашої роботи?

2.Чому ви сьогодні навчилися?

3.Яка будова калориметра?

4.Яке основне призначення калориметра?

5.Як визначити кількість теплоти, віддану гарячою водою?

6.Як визначити кількість теплоти, отриману холодною водою?

7.Який і чому один із результатів є від’ємним?

8.Якими теоретично повинні бути значення модулів кількостей теплоти, відданої гарячою водою та отриманої холодною.

9.Чому практично результати різні? 

10.Яке значення має бути меншим, а яке більшим?)

6.Висновок. (на основі аналізу експерименту, його теми та мети)

Додаткове завдання:

1.Визначте відносну похибку експерименту:             ε =  |.

Доданки.

Підготовка до виконання роботи.

Завдання 1.Повторіть правила для учнів та вимогу техніки безпеки при виконанні цієї роботи:  

1.Зверніть увагу на розташування обладнання на робочому столі, не допускайте їх падіння, зіткнення та іншого механічного впливу на них.

2.Особливо обережно користуйтеся приладами, будова яких має скляні елементи: у випадку їх механічного пошкодження – забороняється збирати скалки скла голіруч.

3.Користуйтеся мірними циліндрами, які мають гладкі краї без тріщин і подряпин.

4.Будьте надзвичайно пильними та акуратними при користуванні термометрами: до моменту безпосереднього користування ними та після цього зберігайте їх у захисних чохлах; про випадок їх механічного пошкодження  - негайно повідомте вчителю.

5.Виконуйте правила вимірювання термометром та мензуркою.

Завдання 2.Ознайомитися з будовою та принципом дії шкільного калориметра.

КАЛОРИМЕТР – пристрій, який складається з двох посудин, розділених повітряним прошарком. Слабка теплопровідність повітря сприяє зменшенню швидкості теплообміну рідини, налитої у внутрішню посудину із навколишнім середовищем.

Завдання 3..Застосувати рівняння теплового балансу для випадку зі змішуванням двох порцій води різної температури.

Для замкненої системи, відповідно до закону збереження енергії: скільки теплоти віддають одні тіла системи, стільки ж теплоти одержують інші цієї системи.

В нашій системі два тіла (порції води). Кількість теплоти, віддана тілом - від’ємна, а отримана тілом – додатня. Загальна ж сума дорівнює нулю. 

Відповідно рівняння теплового балансу в даному випадку має вигляд:

Q_г + Q_х = 0,

Q_г = с m_г·(t – _г);                  Q_х = с m_х·(t –t_х),         де

[Qг] = 1Дж - кількість теплоти, отримана холодною водою;

[Qх] = 1Дж - кількість теплоти, віддана гарячою водою;

[с] = 1Дж/кг·°С – питома теплоємність води (своди = 4200 Дж/кг·°С);

[mг] = 1кг          – маса гарячої води;

[mх] = 1кг          – маса холодної води;

[t_г ] = 1°С           – температура гарячої води;

[tх] = 1°С            – температура холодної води; [t] = 1°С            – температура змішаної води.

(t_х  < t < t_г)   ==>   (t - t_х) > 0 ==> Q_х > 0, а (t – t_г) < 0 ==>  Q_г < 0 ==> Q_г + Q_х = 0.

Завдання 4..Знайти відповідність між об’ємом води в 1мл(см³) та масою води в 1г.

Густина визначається за формулою: ρ = . Звідки m = ρ · v. Визначимо масу 1мл(см³)  води, якщо відомо, що густина ρ_води= 1г/см³: m = 1г/см³ · 1см³ = 1г. Отже  V_води = 1мл(см³) відповідає m_води = 1г.

Цим співвідношенням можна скористатися під час виконання даної лабораторної роботи, вимірюючи лише об’єм води.