Контрольные вопросы.

1. Почему образец выполнен в форме тонкого диска?

2. Если методом, используемым в данной работе определять теплопроводность жидкости, как нужно тогда её нагревать: сверху или снизу? Почему?

3. Почему одежда, которую мы надеваем, согревает нас? Действительно, если посмотреть сквозь любую ткань на просвет, то увидим, что она просвечивает, т.е. воздух через нее свободно проходит. Но без одежды на воздухе не очень-то тепло, почему же тепло в одежде?

4. Почему оконные рамы в наших домах двойные? Видимо, это сделано с целью улучшения теплоизоляции. Но может быть, следовало бы вместо двойных рам вставлять в раму просто вдвое более толстое стекло?

5. Следует ли для улучшения теплоизоляции делать расстояния между рамами окна как можно больше (см. предыдущий вопрос), или есть какое-то оптимальное расстояние между ними?

Работа № 31 изучение процесса испарения воды

Приборы и принадлежности: кипятильник с электрической плиткой, калориметр с мешалкой, термометры, холодильник, весы и разновесы, вентилятор.

Цель работы: 1) определение удельной теплоты испарения воды, 2) измерение температурного скачка на свободной поверхности воды.

Введение

Удельной теплотой парообразования называют количество тепла, которое необходимо сообщить единице массы жидкости, чтобы изотермически превратить её в пар. Заметим, что при постоянной температуре остается постоянным также и давление, при котором происходит фазовый переход. Поэтому из первого начала термодинамики получаем, что удельная теплота парообразования (как и любого фазового перехода) равна приращению удельной (т.е. на единицу массы) энтальпии W=E+PV:

=E+PV=E+(PV)=(E+PV)=W

Удельная теплота парообразования зависит от температуры и давления. При повышении температуры удельная теплота парообразования уменьшается и в критической точке обращается ноль. С увеличением давления теплота парообразования растет.

Если рассмотреть процесс испарения со свободной поверхности жидкости, то нетрудно понять, что скорость испарения определяется скоростью диффузии насыщенного пара с поверхности жидкости в атмосферу. Эта скорость, согласно уравнению диффузии, определяется разностью концентраций насыщенного пара жидкости n_нас у ее поверхности и вдали от этой поверхности n_атм:

(1).

Здесь L - характерное расстояние на котором концентрация пара убывает от n_нас до n_атм. С другой стороны, процесс испарения жидкости сопровождается поглощением тепла. Подвод тепла к жидкости осуществляется от окружающей среды. Но такой подвод возможен лишь, если температура жидкости ниже температуры окружающей среды. Это означает, что жидкость со свободной поверхностью имеет температуру ниже температуры окружающей среды.

Описание установки и методика измерения удельной теплоты испарения

Установка, применяемая в работе для определения удельной теплоты испарения воды, изображена на рис. 1. На рисунке обозначены: Х - холодильник, К - кипятильник, О - осушитель, А - калориметр, М – мешалка, Т - термометр.

При проведении опыта в калориметр наливают воду и измеряют её температуру Т₀. Затем в воду опускают холодильник. Пары воды из кипятильника направляют в холодильник, где происходит конденсация пара. Тепло, выделяющееся при конденсации пара, нагревает воду в калориметре. Прекратив через некоторое время подачу пара в холодильник, вновь измеряют температуру Т₁ воды в калориметре. Взвешивая холодильник до конденсации и после конденсации пара, определяют массу m сконденсированного пара. Теплоту парообразования  найдём из уравнения теплового баланса, которое имеет вид:

m× + C₁×m×(T_п - T₁) = (T₁ - T_o)×(C₁×m₁ + C₂×m₂ + C₃×m₃) (2),

где С₁-теплоемкость воды, m₁-масса воды в калориметре, С₂ и m₂-теплоёмкость и масса калориметра, С₃ и m₃ – теплоёмкость и масса холодильника,  - удельная теплота парообразования воды, Т_п - температура пара.

Из (1) получим :

(3).