Прочитайте описание опыта, взятого из популярного в XIX в. учебника физики известного педагога К. Д. Краевича.
«Если нагретое до некоторой температуры (например, до 50 °С) тело а (например, стограммовую медную гирьку) поместить в углубление, сделанное в куске льда А и закрываемое другим куском льда В, то тело будет охлаждаться, уступая свою теплоту льду и превращая его в воду. Через некоторое время тело примет температуру растаявшей воды и льда, т. е. 0 °С, и дальнейшее таяние прекратится. Вода может быть собрана губкою, и количество образовавшейся воды определено взвешиванием; оно может служить мерою той теплоты, которую тело потеряло, охладившись от 50 до 0 °С, и которую надо ему сообщить, чтобы нагреть его от 0 до 50 °С».
Ледяной калориметр обладает рядом преимуществ по сравнению с другими калориметрами. Главное из них - это практически полное отсутствие рассеяния энергии в окружающую среду.
Как, используя данный эксперимент, определить удельную теплоёмкость меди?
Чтобы определить удельную теплоёмкость меди с помощью описанного опыта, можно воспользоваться принципом сохранения энергии, а именно законом сохранения тепла. Суть метода состоит в том, что вся потерянная телом теплотой при его охлаждении будет передана льду, который при этом будет таять. Количество теплоты, потерянной телом, равно количеству теплоты, полученной льдом. Из этого мы можем выразить удельную теплоёмкость меди.
Шаги расчета:
1. Запишем уравнение для теплопередачи:
Потерянная телом теплота
где:
-
-
-
-
2. Теплота, полученная льдом:
Количество теплоты, полученное льдом, будет использовано для таяния льда. Таяние льда требует энергии, которая рассчитывается по формуле:
где:
-
-
3. Измерение массы льда:
После того как медное тело остынет до 0°C и перестанет терять тепло, весь лёд, который растаял, будет собран, и его масса
4. Сравнение потерь и полученной теплотой:
Согласно принципу сохранения энергии, теплота, потерянная телом, равна теплоте, полученной льдом, то есть:
5. Решение для удельной теплоёмкости меди:
Из этого уравнения можно выразить удельную теплоёмкость меди
Итоги:
Для нахождения удельной теплоёмкости меди необходимо:
- Измерить массу медной гирьки
- Измерить массу растаявшего льда
- Знать скрытую теплоту плавления льда
- Определить разницу температур
Выполнив все измерения, можно рассчитать удельную теплоёмкость меди, используя полученную формулу.
Решебник
"Физика - Учебник" по предмету Физика за 8 класс.
Aвторы:
Иванов А.И., Перышкин И.М.
Задание
Прочитайте описание опыта, взятого из популярного в XIX в. учебника физики известного педагога К. Д. Краевича. «Если нагретое до некоторой температуры (например, до 50 °С) тело а (например, стограммовую медную гирьку) поместить в углубление, сделанное в куске льда А и закрываемое другим куском льда В, то тело будет охлаждаться, уступая свою теплоту льду и превращая его в воду. Через некоторое время тело примет температуру растаявшей воды и льда, т. е. 0 °С, и дальнейшее таяние прекратится. Вода может быть собрана губкою, и количество образовавшейся воды определено взвешиванием; оно может служить мерою той теплоты, которую тело потеряло, охладившись от 50 до 0 °С, и которую надо ему сообщить, чтобы нагреть его от 0 до 50 °С». Ледяной калориметр обладает рядом преимуществ по сравнению с другими калориметрами. Главное из них - это практически полное отсутствие рассеяния энергии в окружающую среду. Как, используя данный эксперимент, определить удельную теплоёмкость меди?