Лабораторные работы — Работа № — 3 — стр. 231

Измерение удельной теплоёмкости вещества

Цель работы:
Определить удельную теплоёмкость вещества, из которого изготовлен металлический цилиндр.

Приборы и материалы:
- Металлический цилиндр на нити
- Измерительный цилиндр
- Калориметр
- Термометр
- Электронные весы с набором разновесов
- Фильтровальная бумага или бумажная салфетка
- Сосуд с горячей водой
- Стакан с холодной водой

Указания к работе

1. Налейте в калориметр холодную воду массой 150-200 г, используя измерительный цилиндр. Измерьте начальную температуру воды.
- Налейте в калориметр определённое количество холодной воды (150-200 г) и измерьте её начальную температуру с помощью термометра. Запишите результаты измерений в таблицу.

2. Обработка результатов измерений.
- Результаты прямых измерений (температуры и массы) с учётом абсолютной погрешности (равной цене деления шкалы термометра) и вычислений записывайте в таблицу. Абсолютную погрешность измерения массы цилиндра уточните у учителя.

3. Опустите металлический цилиндр, вынутый из горячей воды, в калориметр.
- Опустите цилиндр в калориметр с холодной водой, после чего температура воды начнёт изменяться. Температуру горячей воды, из которой вы вынули цилиндр, узнайте у учителя. После того как температура воды перестанет меняться, измерьте общую температуру воды и цилиндра.

4. Определите массу металлического цилиндра.
- Потянув за нить, аккуратно выньте цилиндр из воды, оботрите его с помощью фильтровальной бумаги (или бумажной салфетки) и определите его массу с помощью электронных весов.

5. Рассчитайте количество теплоты, полученное холодной водой при нагревании.
- Рассчитайте количество теплоты, которое холодная вода получила в процессе теплообмена с цилиндром. Для этого используйте формулу:

\( Q_{\text{вода}} = m_{\text{вода}} c_{\text{вода}} \Delta T_{\text{вода}} \)

где:
- \( Q_{\text{вода}} \) — количество теплоты, полученное водой,
- \( m_{\text{вода}} \) — масса воды,
- \( c_{\text{вода}} \) — удельная теплоёмкость воды (\( 4186 \, \text{Дж/кг}^\circ C \)),
- \( \Delta T_{\text{вода}} \) — изменение температуры воды (конечная температура минус начальная температура).

6. Пренебрегая тепловыми потерями, определите количество теплоты, отданное металлическим цилиндром при остывании.
- Количество теплоты, отданное цилиндром, рассчитывается по аналогичной формуле:

\( Q_{\text{цилиндр}} = m_{\text{цилиндр}} c_{\text{цилиндр}} \Delta T_{\text{цилиндр}} \)

где:
- \( Q_{\text{цилиндр}} \) — количество теплоты, отданное цилиндром,
- \( m_{\text{цилиндр}} \) — масса цилиндра,
- \( c_{\text{цилиндр}} \) — удельная теплоёмкость материала цилиндра (которую нужно вычислить),
- \( \Delta T_{\text{цилиндр}} \) — изменение температуры цилиндра (начальная температура минус температура после теплообмена).

7. Вычислите удельную теплоёмкость вещества, из которого изготовлен цилиндр.
- Применив закон сохранения энергии, можно записать, что количество теплоты, отданное цилиндром, равно количеству теплоты, полученному водой:

\( Q_{\text{цилиндр}} = Q_{\text{вода}} \)

Подставив в эту формулу выражения для количества теплоты, можно вычислить удельную теплоёмкость материала цилиндра \( c_{\text{цилиндр}} \).

\( m_{\text{цилиндр}} c_{\text{цилиндр}} \Delta T_{\text{цилиндр}} = m_{\text{вода}} c_{\text{вода}} \Delta T_{\text{вода}} \)

Из этого можно выразить \( c_{\text{цилиндр}} \):

\( c_{\text{цилиндр}} = \frac{m_{\text{вода}} c_{\text{вода}} \Delta T_{\text{вода}}}{m_{\text{цилиндр}} \Delta T_{\text{цилиндр}}} \)

8. Сделайте вывод.
- На основании расчётов сделайте вывод о том, из какого материала изготовлен цилиндр. Для этого сравните полученную удельную теплоёмкость с данными в таблице, в которой указаны удельные теплоёмкости различных материалов. Также укажите возможные погрешности в эксперименте и их возможное влияние на результаты.

Примечание:
- В процессе работы важно помнить, что в реальных условиях возможны тепловые потери, и следует их минимизировать, используя хорошую теплоизоляцию.