Лабораторные работы → номер 1
Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры.
Цель работы: Определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при теплообмене. Объяснить полученный результат.
Из учебника мы знаем, что при теплопередаче происходит переход энергии от одних тел к другим путем теплопроводности, излучения или конвекции. Энергия, которую получает или отдает тело при теплопередаче, называется количеством теплоты. Мы знаем также, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела (или выделяемое им при остывании), зависит от рода вещества, из которого оно состоит, от массы этого тела и от изменения его температуры.
Итак, понятно, что в процессе теплопередачи между двумя телами их температуры стремятся уравняться. Тело с более высокой температурой отдает некоторое количество теплоты, а тело с более низкой температурой получает это количество теплоты. Причем в идеальных условиях, когда два этих тела абсолютно изолированы от всего на свете, переданное количество теплоты должно быть равно полученному согласно закону сохранения энергии.
Однако, условия проводимого нами эксперимента безусловно далеки от идеальных. От горячей воды тепло передается не только холодной воде, но и калориметру, термометру, окружающему воздуху. Тем не менее, хотя мы и не получим входе эксперимента полного соответствия отданного количества теплоты полученному, эти показатели, если эксперимент выполнен аккуратно, должны быть близки. Ход работы описан в учебнике.
Пример выполнения работы.
Вычисления:
Количество теплоты, отданное горячей водой — 12600Дж.
Количество теплоты, полученное холодной водой — 10920Дж.
Вывод: Количество теплоты, полученное холодной водой близко к количеству теплоты, отданному горячей водой, что, с учетом далеких от идеальных условий эксперимента, можно считать равенством.
Контрольные вопросы:
1) Как определялась в эксперименте масса воды?
Через плотность по формуле m=pV, т. е. косвенно, без использования весов. Так как плотность воды 1 г/см3, то масса 100 мл = 100 см3 будет 100г = 0,1 кг
2) Почему калориметр имеет двойные стенки?
Чтобы меньше терялась теплота в окружающую среду
3) Почему холодную воду надо брать комнатной температуры?
Чтобы её температура не изменялась из-за влияния воздуха в кабинете, т. к. она же не в калориметре
4) Будут ли равными изменения температуры и количество отданной и принятой теплоты, если использовать неравные массы теплой и холодной воды?
Изменения температуры не будут одинаковыми, а количество отданной и принятой теплоты будут равны
Суперзадание: объясните, как влияет на полученные результаты участие в теплообмене калориметра. Всегда ли можно этим влиянием пренебречь?
Ответ: Уравнение теплового баланса строго выполняется только в том случае, если система теплоизолирована. Хотя калориметр снижает потери энергии, связанные с теплопередачей в окружающую среду, тем не менее они остаются. Кроме того, есть потери за счёт теплообмена между водой и калориметром. Поэтому количество теплоты, одданное теплой водой, будет всегда больше, чем количество теплоты, полученное холодной водой. Если тёплую воду вливать в холодную, то различие между Qотд и Qпол будет больше, чем в случае, когда холодную воду добавляют в тёплую. Это обусловлено тем, что в первом случае потери энергии в окружающую среду будут частично скомпенсированы за счёт количества теплоты, которое холодной воде передают калориметр и термометр.
Таким образом, как это ни кажется странным, проверяемое положение о равенстве отданного и принятого количества теплоты выполнения работы будет подтверждено точнее, если в калориметр наливать сначала холодную воду, а затем доливать горячую (как и указано в работе).
Что касается второй части вопросы, всегда ли можно влиянием калориметра пренебречь? Нет, не в сегда. Можно пренебречь тогда, когда удельная теплоёмкость и масса внутреннего стакана калориметра мала по сравнению с массой воды (жидкости) находящейся в калориметре.