Enheter og tilbehør som brukes i arbeid:
2. Vekter.
3. Termometer.
4. Kalorimeter.
6. Kalorimetrisk kropp.
7. Husholdningsfliser.
Målet med arbeidet:
Lære empirisk bestemme den spesifikke varmekapasiteten til et stoff.
I. TEORETISK INNLEDNING.
Termisk ledningsevne- overføring av varme fra mer oppvarmede deler av kroppen til mindre oppvarmede som et resultat av kollisjoner av raske molekyler med langsomme, som et resultat av at raske molekyler overfører deler av energien sin til langsomme.
Endring indre energi av enhver kropp er direkte proporsjonal med dens masse og endringen i kroppstemperatur.
DU = cmDT (1)
Q = cmDT (2)
Mengden c som karakteriserer avhengigheten av endringen i den indre energien til et legeme under oppvarming eller avkjøling av typen stoff og ytre forhold kalles kroppens spesifikke varmekapasitet.
(4)
Verdien C, som karakteriserer en kropps avhengighet av å absorbere varme ved oppvarming og er lik forholdet mellom mengden varme som tilføres kroppen og økningen i dens temperatur, kalles varmekapasiteten til kroppen.
C = c × m. (5) 
(6)
Q = CDT (7)
Molar varmekapasitet Cm, er mengden varme som kreves for å varme en mol av et stoff med 1 Kelvin
Cm = cM. (8)
C m = (9)
Spesifikk varmekapasitet avhenger av arten av prosessen der den varmes opp.
Varmebalanse ligning.
Under varmeveksling er summen av varmemengdene som avgis av alle legemer hvis indre energi avtar, lik summen av varmemengdene som mottas av alle legemer hvis indre energi øker.
SQ dept = SQ mottak (10)
Hvis kroppene danner et lukket system og det bare skjer varmeveksling mellom dem, er den algebraiske summen av de mottatte og gitte varmemengdene lik 0.
SQ dept + SQ mottak = 0.
Eksempel:
Varmevekslingen involverer en kropp, et kalorimeter og en væske. Kroppen avgir varme, kalorimeteret og væsken mottar den.
Q t = Q k + Q f
Q t = c t m t (T 2 – Q)
Q k = c k m k (Q – T 1)
Q f = c f m f (Q – T 1)
Hvor Q(tau) er den totale slutttemperaturen.
s t m t (T 2 -Q) = s til m til (Q- T 1) + s f m f (Q- T 1)
s t = ((Q - T 1)*(s til m til + s w m w)) / m t (T 2 - Q)
T = 273 0 + t 0 C
2. ARBEIDSFORSKRIFT.
ALLE VEIINGER UTFØRES MED EN NØYAKTIGHET OPP TIL 0,1 g.
1. Bestem ved å veie massen til det indre karet, kalorimeter m 1.
2. Hell vann i det indre karet til kalorimeteret, vei det indre glasset sammen med den hellede væsken m til.
3. Bestem massen av hellet vann m = m til - m 1
4. Plasser det indre karet til kalorimeteret i det ytre og mål starttemperaturen til vannet T 1.
5. Fjern testlegemet fra det kokende vannet, overfør det raskt til kalorimeteret, bestem T 2 - den opprinnelige temperaturen til kroppen, den er lik temperaturen på kokende vann.
6. Mens du rører i væsken i kalorimeteret, vent til temperaturen slutter å øke: mål den endelige (stabile) temperaturen Q.
7. Fjern testlegemet fra kalorimeteret, tørk det med filterpapir og bestem massen m 3 ved å veie på en vekt.
8. Legg inn resultatene av alle målinger og beregninger i tabellen. Utfør beregninger til andre desimal.
9. Lag en varmebalanseligning og finn den spesifikke varmekapasiteten til stoffet fra den Med.
10. Bestem stoffet basert på resultatene oppnådd i søknaden.
11. Beregn den absolutte og relative feilen til det oppnådde resultatet i forhold til tabellresultatet ved å bruke formlene:
; 
12. Konklusjon om utført arbeid.
TABEL OVER MÅLE- OG BEREGNINGSRESULTATER
Mengden varme som kroppstemperaturen øker med én grad ved mottak, kalles varmekapasitet. I henhold til denne definisjonen.
Varmekapasitet per masseenhet kalles spesifikk Varmekapasitet. Varmekapasiteten per mol kalles jeksel Varmekapasitet.
Så varmekapasiteten bestemmes gjennom konseptet med mengden varme. Men sistnevnte, som arbeid, avhenger av prosessen. Dette betyr at varmekapasiteten også avhenger av prosessen. Det er mulig å gi varme – varme opp kroppen – under ulike forhold. Men under forskjellige forhold vil den samme økningen i kroppstemperatur kreve forskjellige mengder varme. Følgelig kan kropper karakteriseres ikke av én varmekapasitet, men av utallige tall (så mange som man kan tenke på alle slags prosesser der varmeoverføring skjer). Men i praksis bruker de vanligvis definisjonen på to varmekapasiteter: varmekapasitet ved konstant volum og varmekapasitet ved konstant trykk.
Varmekapasiteten varierer avhengig av forholdene kroppen varmes opp under - ved konstant volum eller ved konstant trykk.
Hvis oppvarming av en kropp skjer ved et konstant volum, dvs. dV= 0, da er arbeidet null. I dette tilfellet går varmen som overføres til kroppen bare for å endre dens indre energi, dQ= dE, og i dette tilfellet er varmekapasiteten lik endringen i indre energi når temperaturen endres med 1 K, dvs.
.Fordi for gass 
, Det 
.Denne formelen bestemmer varmekapasiteten til 1 mol av en ideell gass, kalt molar. Når en gass varmes opp ved konstant trykk, endres volumet til kroppen, ikke bare for å øke dens indre energi, men også til å utføre arbeid, dvs. dQ= dE+ PdV. Varmekapasitet ved konstant trykk 
.
For en ideell gass PV= RT og derfor PdV= RdT.
Tar vi hensyn til dette finner vi 
.Holdning 
er en mengde karakteristisk for hver gass og bestemmes av antall frihetsgrader for gassmolekyler. Å måle varmekapasiteten til en kropp er dermed en måte å direkte måle de mikroskopiske egenskapene til dens bestanddeler.
F 
Formlene for varmekapasiteten til en ideell gass beskriver eksperimentet omtrent korrekt, hovedsakelig for monoatomiske gasser. I henhold til formlene som er oppnådd ovenfor, bør varmekapasiteten ikke avhenge av temperaturen. Faktisk er bildet vist i fig. observert, oppnådd eksperimentelt for diatomisk hydrogengass. I seksjon 1 oppfører gassen seg som et system av partikler som kun har translasjonsfrihetsgrader i seksjon 2, bevegelse assosiert med rotasjonsfrihetsgrader, og til slutt, i seksjon 3, vises to vibrasjonsgrader; Trinnene på kurven stemmer godt overens med formel (2.35), men mellom dem øker varmekapasiteten med temperaturen, noe som tilsvarer et ikke-heltalls variabelt antall frihetsgrader. Denne oppførselen til varmekapasiteten indikerer mangelen på ideen om en ideell gass som vi bruker for å beskrive de virkelige egenskapene til et stoff.
Sammenheng mellom molar varmekapasitet og spesifikk varmekapasitetMED=M s, hvor s - spesifikk varme, M - molar masse.Mayers formel.
For enhver ideell gass er Mayers forhold gyldig:
, hvor R er den universelle gasskonstanten, er den molare varmekapasiteten ved konstant trykk, er den molare varmekapasiteten ved konstant volum.
Spesifikk varmekapasitet er energien som kreves for å øke temperaturen på 1 gram av et rent stoff med 1°. Parameteren avhenger av dens kjemisk oppbygning og aggregeringstilstand: gassformig, flytende eller fast. Etter oppdagelsen startet en ny utviklingsrunde innen termodynamikk, vitenskapen om energitransienter som er relatert til varme og systemets funksjon.
Som oftest, spesifikk varmekapasitet og grunnleggende termodynamikk brukes i produksjonen radiatorer og systemer designet for kjøling av biler, samt innen kjemi, kjerneteknikk og aerodynamikk. Hvis du vil vite hvordan spesifikk varmekapasitet beregnes, så les den foreslåtte artikkelen.
Før du begynner å beregne parameteren direkte, bør du gjøre deg kjent med formelen og dens komponenter.
Formelen for å beregne spesifikk varmekapasitet er som følger:
- c = Q/(m*∆T)
Kunnskap om mengder og deres symbolske betegnelser brukt i beregninger er ekstremt viktig. Det er imidlertid nødvendig ikke bare å kjenne deres visuelle utseende, men også å tydelig forstå betydningen av hver av dem. Beregningen av den spesifikke varmekapasiteten til et stoff presenteres følgende komponenter:
ΔT er et symbol som indikerer en gradvis endring i temperaturen til et stoff. Symbolet "Δ" uttales delta.
ΔT = t2–t1, hvor
- t1 - primær temperatur;
- t2 – slutttemperatur etter endring.
m – massen av stoffet som brukes under oppvarming (g).
Q – mengde varme (J/J)
Basert på CR kan andre ligninger utledes:
- Q = m*кp*ΔT – mengde varme;
- m = Q/cr*(t2 - t1) – masse av stoff;
- t1 = t2–(Q/tp*m) – primærtemperatur;
- t2 = t1+(Q/tp*m) – slutttemperatur.
Instruksjoner for beregning av parameteren
- Ta beregningsformelen: Varmekapasitet = Q/(m*∆T)
- Skriv ned de første dataene.
- Bytt dem inn i formelen.
- Utfør beregningen og få resultatet.
Som et eksempel, la oss beregne et ukjent stoff som veier 480 gram med en temperatur på 15ºC, som, som et resultat av oppvarming (tilførsel av 35 tusen J), økte til 250º.
I henhold til instruksjonene ovenfor produserer vi følgende handlinger:
La oss skrive ned de første dataene:
- Q = 35 tusen J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2–t1 =250–15 = 235 ºC.
Vi tar formelen, erstatter verdiene og løser:
c=Q/(m*∆T)=35 tusen J/(480 g*235º)=35 tusen J/(112800 g*º)=0,31 J/g*º.
Beregning
La oss regne ut C P vann og tinn under følgende forhold:
- m = 500 gram;
- t1 =24ºC og t2 = 80ºC – for vann;
- t1 =20ºC og t2 =180ºC – for tinn;
- Q = 28 tusen J.
Først bestemmer vi ΔT for henholdsvis vann og tinn:
- ΔТв = t2–t1 = 80–24 = 56ºC
- ΔTo = t2–t1 = 180–20 =160ºC
Så finner vi den spesifikke varmekapasiteten:
- c=Q/(m*ΔTv)= 28 tusen J/(500 g *56ºC) = 28 tusen J/(28 tusen g*ºC) = 1 J/g*ºC.
- c=Q/(m*ΔTo)=28 tusen J/(500 g*160ºC)=28 tusen J/(80 tusen g*ºC)=0,35 J/g*ºC.
Dermed, spesifikk varme vann var 1 J/g *ºC, og tinn 0,35 J/g*ºC. Fra dette kan vi konkludere med at med en lik verdi av varmetilførsel på 28 tusen Joule, vil tinnet varmes opp raskere enn vann, siden varmekapasiteten er mindre.
Ikke bare gasser, væsker og faste stoffer, men også mat.
Hvordan beregne varmekapasiteten til mat
Ved beregning av effektkapasitet ligningen vil ha følgende form:
с=(4,180*w)+(1,711*p)+(1,928*f)+(1,547*c)+(0,908*a), hvor:
- w - mengde vann i produktet;
- p - mengde proteiner i produktet;
- f - prosentandel fett;
- c – prosentandel av karbohydrater;
- a er prosentandelen av uorganiske komponenter.
La oss bestemme varmekapasiteten til Viola kremost. For å gjøre dette, skriver vi ut nødvendige verdier fra produktsammensetningen (vekt 140 gram):
- vann - 35 g;
- proteiner - 12,9 g;
- fett - 25,8 g;
- karbohydrater - 6,96 g;
- uorganiske komponenter - 21 g.
Så finner vi med:
- с=(4,180*w)+(1,711*p)+(1,928*f)+(1,547*c)+(0,908*a)=(4,180*35)+(1,711*12,9)+(1,928*25,8) ) + (1,547*6,96)+(0,908*21)=146,3+22,1+49,7+10,8+19,1=248 kJ/kg*ºC.
Husk alltid at:
- Oppvarmingsprosessen av metall er raskere enn for vann, siden den har C P 2,5 ganger mindre;
- Om mulig, konverter resultatene dine til flere høy orden, hvis forholdene tillater det;
- for å sjekke resultatene, kan du bruke Internett og se på det beregnede stoffet;
- under like eksperimentelle forhold vil mer signifikante temperaturendringer observeres for materialer med lav spesifikk varmekapasitet.
(eller varmeoverføring).
Spesifikk varmekapasitet til et stoff.
Varmekapasitet- dette er mengden varme som absorberes av en kropp når den varmes opp med 1 grad.
Varmekapasiteten til en kropp er indikert med en stor latinsk bokstav MED.
Hva er varmekapasiteten til en kropp avhengig av? Først av alt, fra massen. Det er klart at oppvarming av for eksempel 1 kilo vann vil kreve mer varme enn oppvarming av 200 gram.
Hva med typen stoff? La oss gjøre et eksperiment. La oss ta to identiske kar og helle vann som veier 400 i en av dem, og i den andre - vegetabilsk olje som veier 400 g, la oss begynne å varme dem opp med identiske brennere. Ved å observere termometeravlesningene vil vi se at oljen varmes raskt opp. For å varme opp vann og olje til samme temperatur, må vannet varmes opp lenger. Men jo lenger vi varmer opp vannet, jo mer varme får det fra brenneren.
Dermed for å varme opp den samme massen forskjellige stoffer til samme temperatur kreves det forskjellige mengder varme. Mengden varme som kreves for å varme opp en kropp og derfor dens varmekapasitet avhenger av typen stoff som kroppen består av.
Så, for eksempel, for å øke temperaturen på vann som veier 1 kg med 1 °C, kreves det en varmemengde lik 4200 J, og for å varme opp samme masse med 1 °C solsikkeolje mengden varme som kreves er 1700 J.
En fysisk mengde som viser hvor mye varme som kreves for å varme 1 kg av et stoff med 1 ºС kalles spesifikk varmekapasitet av dette stoffet.
Hvert stoff har sin egen spesifikke varmekapasitet, som er betegnet med den latinske bokstaven c og målt i joule per kilogram grad (J/(kg °C)).
Den spesifikke varmekapasiteten til det samme stoffet i forskjellige aggregeringstilstander (fast, flytende og gassformig) er forskjellig. For eksempel er den spesifikke varmekapasiteten til vann 4200 J/(kg °C), og den spesifikke varmekapasiteten til is er 2100 J/(kg °C); aluminium i fast tilstand har en spesifikk varmekapasitet på 920 J/(kg - °C), og i flytende tilstand - 1080 J/(kg - °C).
Merk at vann har en veldig høy spesifikk varmekapasitet. Derfor absorberer vann i hav og hav, når det varmes opp om sommeren, en stor mengde varme fra luften. Takket være dette, på de stedene som ligger i nærheten av store vannmasser, er sommeren ikke så varm som på steder langt fra vannet.
Beregning av mengden varme som kreves for å varme opp en kropp eller frigjøres av den under avkjøling.
Fra det ovenstående er det klart at mengden varme som kreves for å varme en kropp avhenger av typen stoff som kroppen består av (dvs. dens spesifikke varmekapasitet) og av kroppens masse. Det er også tydelig at varmemengden avhenger av hvor mange grader vi skal øke kroppstemperaturen.
Så for å bestemme mengden varme som kreves for å varme opp en kropp eller frigjøres av den under avkjøling, må du multiplisere den spesifikke varmekapasiteten til kroppen med dens masse og med forskjellen mellom dens endelige og opprinnelige temperatur:
Q = cm (t 2 - t 1 ) ,
Hvor Q- mengde varme, c- spesifikk varmekapasitet, m- kroppsmasse , t 1 - starttemperatur, t 2 - slutttemperatur.
Når kroppen blir varm t 2 > t 1 og derfor Q > 0 . Når kroppen kjøles ned t 2i< t 1 og derfor Q< 0 .
Hvis varmekapasiteten til hele kroppen er kjent MED, Q bestemt av formelen:
Q = C (t 2 - t 1 ) .
I dagens leksjon vil vi introdusere et slikt fysisk konsept som den spesifikke varmekapasiteten til et stoff. Vi finner ut at det kommer an på kjemiske egenskaper stoffer, og dens verdi, som finnes i tabellene, er forskjellig for forskjellige stoffer. Deretter vil vi finne ut måleenhetene og formelen for å finne spesifikk varmekapasitet, og også lære å analysere de termiske egenskapene til stoffer basert på verdien av deres spesifikke varmekapasitet.
Kalorimeter(fra lat. kalori– varm og metor- måle) - en enhet for å måle mengden varme som frigjøres eller absorberes i enhver fysisk, kjemisk eller biologisk prosess. Begrepet "kalorimeter" ble foreslått av A. Lavoisier og P. Laplace.
Kalorimeteret består av et lokk, et indre og et ytre glass. Det er svært viktig i utformingen av kalorimeteret at det er et luftlag mellom de mindre og større karene, som på grunn av lav varmeledningsevne sikrer dårlig varmeoverføring mellom innholdet og det ytre miljø. Denne designen lar deg betrakte kalorimeteret som en slags termos og praktisk talt bli kvitt påvirkningen fra det ytre miljøet på varmevekslingsprosessene inne i kalorimeteret.
Kalorimeteret er beregnet for mer nøyaktige målinger av spesifikke varmekapasiteter og andre termiske parametere for legemer enn angitt i tabellen.
Kommentar. Det er viktig å merke seg at et slikt konsept som mengden varme, som vi veldig ofte bruker, ikke bør forveksles med den indre energien i kroppen. Mengden varme bestemmes nøyaktig av endringen i indre energi, og ikke av dens spesifikke verdi.
Merk at den spesifikke varmekapasiteten til ulike stoffer er forskjellig, noe som kan sees i tabellen (fig. 3). For eksempel har gull en bestemt varmekapasitet. Som vi antydet tidligere, betyr den fysiske betydningen av denne verdien av spesifikk varmekapasitet at for å varme opp 1 kg gull med 1 °C, må det tilføres 130 J varme (fig. 5).
Ris. 5. Spesifikk varmekapasitet av gull
I neste leksjon vil vi diskutere beregning av verdien av mengden varme.
Listelitteratur
- Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Red. Orlova V.A., Roizena I.I. Fysikk 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fysikk 8. - M.: Bustard, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fysikk 8. - M.: Opplysning.
- Internettportal "vactekh-holod.ru" ()
Hjemmelekser
