Методична розробка (8 клас) – лабораторна робота: «Визначення питомої теплоємності речовини»

Методична розробка (8 клас) – лабораторна робота:

«Визначення  питомої теплоємності речовини»

       Мета робота: навчитися вимірювати питому теплоємність речовини.

     Для досліду беремо металевий циліндр на міцній  нитці (тіло масою  883 г), попередньо нагріте в посудині з окропом. Температура води із зануреним в неї твердим тілом є одночасно температурою досліджуваного тіла (100 ^оС). Внаслідок теплообміну температури твердого тіла, калориметра і води вирівнюються.

    Кількість теплоти, що дістала холодна вода в калориметрі від зануреного в неї нагрітого твердого тіла, дорівнює кількості теплоти, яку віддає тверде тіло при охолоджені. Відбувається теплообмін, у якому беруть участь чотири тіла: тверде тіло віддає енергію, одержують енергію – вода, калориметр  і термометр. Термометр і калориметр (якщо маса мала), порівняно з водою одержують незначну кількість теплоти тому можемо вважати, що кількість теплоти, відданої твердим тілом , дорівнює кількості теплоти, одержаної холодною водою; Q_тіла = Q_води.   Отже, стіла×mтіла(tтіла – t1) = своди × mводи(tс – t1) 

    З рівності цих двох величин можна визначити питому теплоємність тіла по формулі:

        Якщо немає калориметра теплового балансу заводського виготовлення, то можливо виготовити саморобний калориметр і дослід можливо провести  навіть в домашніх умовах.

 Для виготовлення  калориметра взято алюмінієву кружку ємністю 580 мл з масою 106 г. Конструкція саморобного калориметра показано на фото 1. На дно пластикової коробки ставимо листок термоізоляційної плівки, а навколо алюмінієвої кружки заповнюємо пінопластом. Кришка калориметра також має шар термоізоляційної плівки. В кришці є отвір для поміщення термометра. 

   Оскільки калориметр великого об’єму, то необхідно брати велику кількість води і тверде тіло брати також з великою масою.

Калориметр необхідно ставити поблизу посудини з кип’ятком і тіло швидко переносити з посудини в калориметр.

                                                          Фото 1

Для досліду необхідне обладнання: калориметр, термометр, ваги, металевий циліндр (досліджуване тіло) на нитці, мензурка, посудина із кип’ятком, та  холодною водою, дерев’яна скалка для розмішування, ручка.

Необхідне обладнання показане на фото 1.  Фото 2 – під час проведення досліду.

                                                       Фото 2

      Проведення досліду:

1.  Заливаємо в калориметр 400 мл холодної води.

2.  Вимірюємо масу металевого циліндру – вона становить 883 г.

3.  Ставимо термометр в воду і через 3…4 хвилини знімаємо показання термометра, і записуємо показник термометра в таблицю 1.

4.  Ставимо металевий циліндр в кип’яток на 4…5 хвилин – виймаємо металевий циліндр прив’язаною ниткою і швидко переносимо в калориметр і дерев’яною скалкою перемішуєм воду в калориметрі протягом 5…8 с, закриваєм калориметр кришкою і через отвір у кришці опускаєм термометр в воду.

5.  Слідкуємо за показниками термометру - вимірюємо температуру води у калориметрі після настання теплової рівноваги (через 3…4 хвилини), – записуємо  дані в таблицю 1.

6.  Проводимо розрахунок по визначенні питомої теплоємності тіла.

Техніка безпеки: будьте особливо обережними при кип’ятінні води. Не допускайте перевищення допустимих для термометра меж вимірювання. Категорично забороняється працювати з ртутними термометрами. Обережно переносити гаряче тіло з кип’ятку в калориметр.

Таблиця 1

Проводимо розрахунок по визначенні питомої теплоємності тіла:

   Знаходимо з таблиці питомої теплоємності різних речовин подібне значення.

 Питома теплоємність заліза 460 Дж/кг × ^оС 

Відхилення від табличного значення становить:

[1 – (с_тіла/с_{тіла табличне})] × 100% = [1 – (433,88/460)] × 100% = 5,5%

   Розбіжність значень питомої теплоємності  тіла розрахованої і табличної значна, очевидно причиною є те, що не враховано нагрів калориметра.

Проведемо розрахунок питомої теплоємності тіла з врахуванням нагрівання калориметра по формулі: 

Обчислемо с_тіла з урахуванням нагрівання калориметра:

Відхилення від табличного значення становить:

[1 – (с_тіла/с_{тіла табличне})] × 100% = [1 – (459,03/460)] × 100% = 0,2%

Розбіжність значень питомої теплоємності  тіла розрахованої і табличної незначна.

Можливо впевнено заявити, що виявляли питому теплоємність заліза! Раніше також було «підозра», що металевий циліндр з заліза.

  При повторенні лаборатоного практикума учнями (студентами) необхідно змінити ємність води (300…390 мл), змінити також масу тіла (600…800 г) – можливо також змінити тип твердої речовини (золото, мідь, латунь, олово, срібло, свинець, платина).

   Як довідка, приводиться таблиця питомої теплоємності деяких речовин в Дж/кг×^оС (в деяких таблицях дані можуть бути дещо відмінними – наприклад для заліза є і такі табличні дані - 456 Дж/кг×^оС) (дані взяті з довідника по фізиці):

Алюміній                      880 Золото                         125

Залізо, сталь, нікель   460

Латунь, мідь                 380

Олово, срібло              250

Свинець                       120

Платина                       125

Вода                             4200

Література:

1.  Автор: Бабин Дмитро Святославович. Інтернет

https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/10-клас-i-курслабораторний-практикум-визначення-питомої-теплоємностіречовини/   

2.  Автор: Бабин Дмитро Святославович, Інтернет, https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/8-клас-лабораторніроботи-з-фізики/    

Автор: Бабин Дмитро Святославович