Лабораторные работы с применением регистратора данных Xplorer GLX и краткое их описание

 

1. Измерение удельной теплоемкости твердого тела.

2. Определение количества теплоты при смешивании горячей и холодной и температурный датчик для определения температуры) холодной, горячей воды и смеси. Вторая группа измеряла температуру традиционным способом.

3. Лабораторная работа «Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры»
Цель работы: определить количество теплоты, отданное горячей водой и количество теплоты, полученное холодной водой при теплообмене; объяснить полученный результат.
Для выполнения лабораторной работы используем уравнение теплового баланса:
Q₁+Q₂=0, где Q₁-количество теплоты, отданное горячей водой.
Q₂-количество теплоты, полученное холодной водой.
Порядок выполнения работы:

1. В мензурку наливаем 100 мл холодной воды. Массу холодной воды определяем с помощью формулы: m=pv.

2. С помощью мензурки отмеряем 100 мл горячей воды и наливаем во внутренний сосуд калориметра.

3. С помощью датчика температуры измеряем температуру горячей и холодной воды.
(примечание: т.к. в наборе 1 датчик температуры, сначала измеряем температуру холодной воды, затем горячей и измеряем температуру смеси). Такая последовательность измерений приведет к меньшим потерям теплообмен с окружающей средой.

4. Рассчитываем количество теплоты, отданное горячей водой при остывании до температуры смеси, и количество теплоты, полученное холодной водой при ее нагревании до той же температуры.

5. Сравниваем количество теплоты, отданное горячей, и количество теплоты, полученное холодной водой. Делаем вывод о том, что Q(отданное) больше Q (полученное). Результат зависит от быстроты выполнения работы.

6. Опыт повторяем, но при этом смесь размешиваем. Записываем время установления одинаковой температуры в двух случаях и сравниваем их.

7. Делаем вывод о том, что время установления теплового баланса различно в этих ситуациях.

8. Одновременно контролируем результаты измерений температуры смеси обычным термометром

 

 

Приложении 11

Лабораторная работа «Определение удельной теплоты плавления» применением регистратора данных Xplorer GLX

Цели и задачи

1.Использовать температурный датчик для измерения изменения температуры воды, при передачи тепловой энергии льду и его таянии.

2.Использовать график для определения начальной температуры воды и равновесий температуры воды и растаявшего льда.

3.Вычислить удельную теплоту плавления льда, полагаясь на массу растаявшего льда и количество переданной льду тепловой энергии, и равновесную температуру.

4.Сравнить измеренную удельную теплоту плавления льда с принятым значением.

Ход работы

1.Измерьте и запишите массу калориметра из набора для калориметрии.

2.Заполните калориметр наполовину теплой водой (15⁰С выше комнатной температуры).

3.Измерьте и запишите массу калориметра с водой.

4.Опустите датчик температуры в воду.

5.Приготовьтесь добавить лед в теплую воду.

 

Запись данных

1.Нажмите старт на GLX для записи сигнала датчика температуры.

2.Температура появляется на графике. Запишите начальную температуру воды.

3.Вытрите воду с кусков льда и сразу же опустите их в теплую воду в калориметре. Осторожно помешайте воду в калориметре.

4.Внимательно наблюдайте температуру на графике.

5.Как только лед растает, добавляйте новые кусочки льда, перемешивайте воду.

6.Когда температура воды достигнет температуры ниже комнатной на столько же градусов как она была выше комнатной в начале эксперимента, перестаньте добавлять лед.

7.По окончанию нажмите.

8.Вытащите датчик температуры и немедленно измерьте и запишите массу калориметра с водой и растаявшим льдом.

9.Почистите приборы.

 

Анализ

1. Используйте график «температура-время» для нахождения начальной температуры воды, а также температуры теплового равновесия, или конечной температуры воды и льда.

2. Нажмите F3 чтобы открыть меню «Инструменты». Выберите инструмент Прицел. Переместите курсор в часть графика, которая показывает начальную температуру воды. Запишите это значение.

3. Повторите процесс для нахождения конечной температуры воды и растаявшего льда.

4. Зная массу калориметра, калориметра и воды, калориметра, воды и льда, определите массу воды и массу льда.

5. Используйте массу воды, массу льда, начальную и конечную температуры воды для нахождения удельной теплоты плавления льда.

Лед тает при 0 ⁰С, затем его температура увеличивается, достигая конечной температуры воды. Тепловая энергия, переданная льду равна тепловой энергии, отданной теплой водой.

Другими словами, сумма теплоты плавления, ∆Q_{измерение состояния} и теплоты для изменения температуры таящего льда, ∆Q_{измерение температуры}, равна теплоте при изменении температуры теплой воды.

(∆Q_{измерение состояния} + ∆Q_{измерение температуры}) _льда= ∆Q _воды

m _льда ∙ λ + m _льда ∙ с_воды ∙ ∆Т_воды  = m_воды ∙ с_воды ∙ ∆Т_воды  

m _льда ∙ λ + m _льда(4186 Дж/кг∙ ⁰С)∙(Т_{конечная} – 0 ⁰С) = m_воды ∙ (4186 Дж/кг∙ ⁰С)∙(Т_{конечная} – Т_{начальная})

 

Необходимо найти λ, удельную теплоту плавления льда.

Отчет по эксперименту

Удельная теплота плавления

Начертите эскиз графика температура-время. Включите единицы измерения и обозначения осей.

 

Таблица данных

	Значение
Масса калориметра	кг
Масса калориметра и воды	кг
Масса воды, m воды	кг
Масса калориметра, воды и льда	кг
Масса льда, m льда	кг
Начальная температура воды, Тначальная	^0С
Конечная температура воды, Тконечн	^0С

 

Вычисления

Найдите массу воды, m _воды равную разности массы калориметра с водой и массы калориметра.

Найдите массу льда, m _льда равную разности массы калориметра с водой и льдом и массы калориметра с водой

Используйте массу воды, массу льда, удельную теплоемкость воды (с_воды равна 4186 Дж/кг∙ ⁰С), начальную и конечную температуры воды для нахождения удельной теплоты плавления льда.

(∆Q_{измерение состояния} + ∆Q_{измерение температуры}) _льда = ∆Q _воды

m _льда ∙ λ + m _льда ∙ с_воды ∙ ∆Т_воды  = m_воды ∙ с_воды ∙ ∆Т_воды  

m _льда ∙ λ + m _льда(4186 Дж/кг∙ ⁰С)∙(Т_{конечная} – 0 ⁰С) = m_воды ∙ (4186 Дж/кг∙ ⁰С)∙(Т_{конечная} – Т_{начальная})

 

Найдите λ, удельную температуру плавления льда.

Узнайте у преподавателя общепринятое значение удельной теплоты плавления льда, найдите относительную погрешность между экспериментальным и теоретическим значениями.

	Значение
Удельная теплота плавления, экспериментальное значение	кДж/кг
Удельная теплота плавления, Теоретическое значение	кДж/кг
Относительная погрешность	%

 

Относительная погрешность = ׀(теор. – эксп.)/теор.׀*100%

Вопросы

1. Как отличается экспериментальное значение от теоретического?

2. Какие факторы могут повлиять на различие?

 

 

Приложение 12