Лабораторные работы — Работа № — 2 — стр. 230

Изучение процесса теплообмена

Цель работы:
- Сравнить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной водой при теплообмене.

Приборы и материалы:
- Измерительный цилиндр
- Калориметр
- Стакан
- Термометр
- Сосуд с горячей водой
- Сосуд с холодной водой

Указания к работе

1. Налейте, используя измерительный цилиндр, в калориметр 100 мл горячей воды, а в стакан — 100 мл холодной. Измерьте начальную температуру сначала холодной воды, а затем горячей.
- Налейте по 100 мл горячей и холодной воды в соответствующие сосуды. Используя термометр, измерьте начальную температуру воды в каждом сосуде. Запишите эти значения в таблицу.

2. Не вынимая термометр из горячей воды, осторожно вылейте холодную воду из стакана в калориметр. Перемешайте воду термометром и измерьте температуру смеси.
- Перелейте холодную воду в калориметр, в котором уже находится горячая вода. Для равномерного распределения температуры перемешайте смесь с помощью термометра. Затем измерьте температуру смеси и запишите её в таблицу.

3. Обработка результатов измерений.
- Прямые измерения температуры, с учётом абсолютной погрешности (равной цене деления шкалы термометра), записываются в таблицу. Например, если цена деления термометра — 0,1 °C, то погрешность будет составлять ±0,1 °C. Все результаты вычислений записывайте без учёта погрешности.

4. Массу воды определите по формуле \( m = \rho V \), зная, что плотность воды \(\rho = 1000 \, \text{кг/м}^3\).
- Рассчитайте массу воды для обоих сосудов, используя формулу \( m = \rho V \), где \( \rho \) — плотность воды (1000 кг/м³), а \( V \) — объём воды в литрах. Например, для 100 мл воды (0,1 л) масса будет \( m = 1000 \times 0,1 = 100 \, \text{г} \).

5. Рассчитайте количество теплоты, отданное горячей водой при остывании до температуры смеси, и количество теплоты, полученное холодной водой при нагревании до той же температуры.
- Для расчёта количества теплоты, переданного горячей и холодной водой, используйте формулу:

\( Q = mc\Delta T \)

где:
- \( Q \) — количество теплоты,
- \( m \) — масса воды,
- \( c \) — удельная теплоёмкость воды (примерно \( 4186 \, \text{Дж/кг}^\circ C \)),
- \( \Delta T \) — изменение температуры (конечная температура минус начальная температура).

Для горячей воды:
\( Q_{\text{горячей}} = m_{\text{горячей}} c \Delta T_{\text{горячей}} \)

Для холодной воды:
\( Q_{\text{холодной}} = m_{\text{холодной}} c \Delta T_{\text{холодной}} \)

6. Сравните количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной водой при теплообмене.
- Сравнив расчёты, можно сделать вывод, что количество теплоты, переданное горячей водой, примерно равно количеству теплоты, полученному холодной водой. Однако в реальных экспериментах следует учесть потери теплоты в окружающую среду, что приведет к некоторым расхождениям.

7. Сделайте вывод и обоснуйте его.
- Измеренные данные должны показать, что количество теплоты, переданное горячей водой, близко к количеству теплоты, полученному холодной водой. Это подтверждает закон сохранения энергии: теплота, потерянная горячей водой, равна теплоте, полученной холодной водой, за исключением потерь на теплообмен с внешней средой. Потери теплоты можно объяснить недостаточной изоляцией сосудов или температурным градиентом между системой и окружающим воздухом.

Примечание:
- Потери теплоты в реальных условиях неизбежны, поскольку сосуды не являются идеальными теплоизолятами, и тепло передаётся в окружающую среду.