Методика определения теплоемкости металлов
Из определения теплоемкости следует, что для её определения нужно подвести к исследуемому образцу точно измеренное количество теплоты и измерить последовавшее за этим изменение температуры, обусловленное изменением внутренней энергии тела (процесс теплообмена). В данном случае можно записать уравнение теплового баланса:
(17)
Т.е., суммарное количество теплоты Qо, отданное при теплообмене всеми охлаждаемыми телами замкнутой системы, равно сумме количеств теплоты, полученных всеми нагревающимися телами Qп.
Для исследования тепловых процессов применяются калориметры. В работе используется простейший калориметр, состоящий из двух металлических сосудов, вставленных один в другой и разделенных воздушным промежутком. Внутренние стороны сосудов зеркальные. Таким образом, потери внутренней энергии сводятся к минимуму.
Предварительно нагретые в кипящей воде металлические образцы помещаются в калориметр, наполненный водой известной температуры. В процессе теплообмена калориметр и вода, находящаяся в нем получают теплоту, а металлические образцы ее отдают. Спустя некоторое время устанавливается тепловое равновесие. Изменения температуры воды в калориметре с течением времени фиксируются, и по полученным результатам строится график зависимости (рис. 2), по которому определяется конечная температура.
Рис.2. Примерный вид зависимости температуры воды в калориметре от времени.
Используя уравнения (2) и (20) легко получить выражение для расчета значения удельной теплоемкости исследуемого металла:
,
(18)
где С – теплоемкость калориметра, равная 66 Дж/К;
с1 – удельная теплоемкость воды, приблизительно равная значению 4,2 кДж/ (кг·К);
m1 – масса воды в калориметре;
m2 – масса металлических образцов;
T1 – температура воды до погружения металлического образца;
T2 – температура воды, в которой находились металлические образцы до погружения в калориметр;
Tтр – температура воды в калориметре после установления теплового равновесия.
P, кПа |
tk,°C |
0,981 |
6,698 |
1,961 |
17,20 |
3,923 |
28,64 |
9,807 |
45,45 |
19,61 |
59,67 |
29,42 |
68,68 |
39,23 |
75,42 |
49,03 |
80,86 |
58,84 |
85,45 |
68,65 |
89,45 |
78,45 |
92,99 |
88,26 |
96,18 |
98,07 |
99,09 |
101,3 |
100,00 |
147,1 |
110,79 |
196,1 |
119,62 |
245,2 |
126,79 |
294,2 |
132,88 |
392,3 |
142,92 |
490,3 |
151,11 |
588,4 |
158,08 |
686,5 |
164,17 |
784,5 |
169,61 |
882,6 |
174,53 |
980,7 |
179,04 |
1961 |
211,38 |
2452 |
222,90 |
4903 |
262,70 |
9807 |
309,53 |
Таблица1. Зависимость температуры кипения воды от давления