Экспериментальная установка

В настоящей работе для определения молярной теплоёмкости различных веществ используется калориметр особой конструкции, схема которого приведена на рис. 1.

Калориметр представляет собой латунный корпус 2 с коническим отверстием 3, куда вставляются испытуемые тела 9, изготовленные из исследуемых материалов и представляющие собой конические цилин­дры, притёртый к отверстию в корпусе. В корпусе калориметра уложе­ны нагревательная спираль 4 и спираль термометра сопротивления 5.

Рис. 1.

Снаружи корпус калориметра теплоизолирован слоями асбеста 6 и пенопластом 7 и закрыт алюминиевым кожухом 8. После помещения в калориметр испытуемого тела он закрывается крышкой 10. Винт 1 предназначен для выталкивания испытуемых тел из калориметра по окончании опыта. Для этой же цели можно использовать и специаль­ный крючок, зацепив им тело за предназначенную для этого петлю 9′. Электрическая схема калориметра представлена на рис. 2.

Pис. 2.

Нагревание обмотки 4 производится от источника постоянного тока 2. Измерение тока и напряжения нагревателя производится ам­перметром 3 и вольтметром 1. Термометр сопротивления 5 включен в мост постоянного тока 6. Методика измерения сопротивления с помо­щью моста постоянного тока дана в приложении.

Если нагреть на Δ Т градусов калориметр с помещённым в него исследуемым телом, то энергия электрического тока пойдёт на нагре­вание исследуемого тела и калориметра.

Здесь I и U – ток и напряжение на нагревателе, τ ₁ – время нагрева­ния, m_к и m_Т – массы калориметра и нагреваемого тела, c_к и с_Т – удельные теплоемкости калориметра и нагреваемого тела, δ – потери тепла.

Для того чтобы вычислить и исключить из уравнения (1.1) тепло, иду­щее на нагрев калориметра, и потери тепла в окружающее пространство, можно нагреть пустой калориметр на те же Δ Т градусов. Потери тепла в обоих случаях будут одинаковыми, так как они зависят только от разно­сти температур Δ Т, но этот процесс потребует меньшего времени нагрева­ния τ ₂

Из равенств (1.1) и (1.2) следует

где Δ τ = τ ₁ - τ ₂. Эту величину можно определить по графикам зависи­мости Δ Т от τ для калориметра с исследуемым телом и пустого калори­метра (рис. 3).

Рис. 3.

Температура нагрева измеряется в данной установке при помощи термометра сопротивления, то есть металлической проволоки. Со­противление металла изменяется с температурой по закону

где R ₀ – сопротивление при 0°С, R – сопротивление при температуре t, α – температурный коэффициент сопротивления, который в узком диапазоне температур можно считать постоянным.

Измерив температуру воздуха в лаборатории t_в по ртутному тер­мометру и сопротивление R_в измерительной обмотки при помощи моста постоянного тока, можно из формулы (1.4) рассчитать R ₀:

где α = 4,3 ∙ 10^-3 К^-1 температурный коэффициент сопротивления меди.

Приведённая формула (1.4) позволяет также по известному сопротивле­нию R ₀ обмотки термометра сопротивления и измеренному прираще­нию сопротивления Δ R = R - R_в подсчитать Δ Т:

Поиск по сайту: