Лабораторная работа 2 "Определение удельной теплоемкости вещества" Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра.
Реши задание на изображении
Сверь числа и знаки с фото.
Лабораторная работа 2 "Определение удельной теплоемкости вещества"
Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра. Объект исследования: цилиндр, подвешенный на нити. Приборы и оборудование: металлический цилиндр на нити, стакан с горячей и стакан с холодной водой, два термометра, весы, калориметр. Ход работы:
- Налейте в калориметр воду массой 100–150 г комнатной температуры. Измерьте температуру воды термометром. m1 = ... кг, t1 = ... °C
- Нагрейте цилиндр в сосуде с горячей водой. Измерьте ее температуру (эта температура и будет начальной температурой металлического цилиндра) t2 = ... °C
- Опустите нагретый цилиндр в калориметр. Измерьте температуру воды в калориметре после опускания цилиндра tобщ = ... °C
- С помощью весов определите массу металлического цилиндра, предварительно вытерев с него воду. m2 = ... г = ... кг Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды необходимо количество теплоты:
- Расчеты Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды необходимо количество теплоты: \(Q_1 = c_1 m_1 (t - t_1)\), где:
\(c_1\) — удельная теплоемкость воды (табличная величина), Дж/(кг·°C); \(m_1\) — масса воды, которую можно определить с помощью весов, кг; \(t\) — конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, °C; \(t_1\) — начальная температура холодной воды, измеренная с помощью термометра, °C. При остывании металлического цилиндра выделится количество теплоты: \(Q_2 = c_2 m_2 (t_2 - t)\), где: \(c_2\) — удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр (искомая величина), Дж/(кг·°C); \(m_1\) — масса цилиндра, которую можно определить с помощью весов, кг; \(t_2\) — температура горячей воды и, соответственно, начальная температура цилиндра, измеренная с помощью термометра, °C; \(t\) — конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, °C. Замечание. В обеих формулах мы вычитаем из большей температуры меньшую для определения положительного значения количества теплоты.
Как было указано ранее, в процессе теплообмена количество теплоты, полученное водой, равно количеству теплоты, которое отдал металлический цилиндр: \(Q_1 = Q_2 \Rightarrow c_1 \cdot m_1 \cdot (t - t_1) = c_2 \cdot m_2 \cdot (t_2 - t)\). Следовательно, удельная теплоемкость материала цилиндра: \[c_2 = \frac{c_1 m_1 (t - t_1)}{m_2 (t_2 - t)}\] 6. Все данные измерений записать в таблицу:
Масса воды в калориметре Начальная температура воды Масса цилиндра Начальная температура цилиндра Конечная температура \(m_1\), кг \(t_1\), °C \(m_2\), кг \(t_2\), °C \(t\), °C
- Вычислить удельную теплоемкость вещества, из которого изготовлен цилиндр и сравнить с табличными данными
Краткий ответ. В работе нужная величина вычисляется по формуле:
\[ c_2=\frac{c_1m_1(t-t_1)}{m_2(t_2-t)}, \qquad c_1\approx 4200\ \frac{\text{Дж}}{\text{кг}\cdot^\circ\text{C}}. \]
Здесь:
- \(m_1\) — масса воды, кг;
- \(m_2\) — масса металлического цилиндра, кг;
- \(t_1\) — начальная температура воды;
- \(t_2\) — начальная температура цилиндра;
- \(t=t_{\text{общ}}\) — конечная общая температура.
Конкретного числа по фото получить нельзя: таблица измерений не заполнена.
Почему формула такая
Горячий цилиндр остывает от \(t_2\) до \(t\) и отдаёттеплоту:
\[ Q_2=c_2m_2(t_2-t). \]
Вода нагревается от \(t_1\) до \(t\) и получает теплоту:
\[ Q_1=c_1m_1(t-t_1). \]
Если потерями теплоты пренебречь, то
\[ Q_1=Q_2, \]
поэтому
\[ c_1m_1(t-t_1)=c_2m_2(t_2-t). \]
Отсюда и получается расчётная формула:
\[ c_2=\frac{c_1m_1(t-t_1)}{m_2(t_2-t)}. \]
Как оформить расчёт
- Переведи массы в килограммы: \(1\ \text{г}=0{,}001\ \text{кг}\).
- Подставь \(m_1,m_2,t_1,t_2,t\) в формулу.
- Получишь \(c_2\) в \(\text{Дж}/(\text{кг}\cdot^\circ\text{C})\).
- Сравни результат с табличным значением удельной теплоёмкости металлов.
Проверка. Должно быть \(t_2>t>t_1\). Тогда числитель и знаменатель положительны, значит, \(c_2>0\). Если результат сильно отличается от табличного, чаще всего перепутаны масса воды и масса цилиндра или граммы не переведены в килограммы.
На листе в пояснении к \(Q_2\) масса цилиндра, похоже, ошибочно обозначена \(m_1\); в формуле и таблице это \(m_2\).
Какие у тебя получились \(m_1,t_1,m_2,t_2\) и \(t\)?
