Pracownia Dydaktyki Fizyki i Astronomii, Uniwersytet Szczeciński. Kalorymetr V 4-4. Rys. 1. J ;

Transkrypt

1 Praconia Dydatyi Fizyi i Astronoii, Uniersytet Szczecińsi KALORYMETR Rys Kaloryetr służy do oiaró ilości cieła Słada się on z dóch naczyń aluinioych, ięszego i niejszego Na dnie naczynia ięszego (), zanego łaszcze aloryetru, soczya ierścień dystansoy (dreniany rzyża) (), na tóry jest ustaione naczynie niejsze () łaściy aloryetr Kaloryetr a aluinioą oryę Na jej środu jest ytłoczona szyja (4), otorze tórej osadzay teroetr (5) za oocą ora Przez drugi niejszy otór oryie jest rzetnięty ręt ieszadła (6) Płaszcz aloryetru naryay teturoą oryą (7) rzeciętą na ół Płaszcz aloryetru chroni rzed yianą energii rzez cielny rzeły energii (rzez rzeodzenie lub roienioanie) iędzy aloryetre a otaczającyi rzediotai Teroetr użyany do oiaró aloryetrycznych oinien ieć działę eleentarną 0, ºC Cieło dostarczone cieczy, znajdującej się aloryetrze, oinno być rónoiernie rozroadzone całej jej asie; rozroadzay je ieszając ciecz ieszadłe Ilość cieła doroadzonego do danej substancji ocenia się g ziany jej teeratury, a oblicza g nastęującego zoru: Q ct t Q ilość cieła dostarczonego substancji, ; asa substancji, g; c cieło łaście substancji, t teeratura oczątoa, ºC; t teeratura ońcoa ; gk Obliczenia aloryetryczne oarte są na zasadzie bilansu cielnego Orac PDFiA IF US, red TMMolenda, 00 - /7 -

2 Praconia Dydatyi Fizyi i Astronoii, Uniersytet Szczecińsi Poniżej odajey oisy ilu odstaoych dośiadczeń, tóre ogą być yonane rzy oocy aloryetru Wyznaczanie cieła łaściego ciał stałych Na adze ierzyy asę aloryetru raz z oryą i ieszadłe, oznaczając ją sybole Wszystie te części są yonane z aluiniu, tórego cieło łaście ynosi 896 /(g C) Nastęnie leay do aloryetru odę (n ooło / jego objętości) Mierzyy na adze asę aloryetru z odą ( ) Obliczay asę ody: Po yrónaniu się teeratur aloryetru i ody ierzyy teroetre teeraturę ody znajdującej się aloryetrze, a zate i teeraturę aloryetru z oryą Oznaczay ją rzez t Ciało stałe o asie, tórego cieło łaście chcey yznaczyć, rzygotoujey stanie rozdrobniony, n żelazo ostaci drobnych goździ, iedź ostaci drobno ociętego drutu, ołó ostaci śrutu it Nastęnie syujey je do ałego naczynia etaloego (n ształcie robói) i staiay do naczynia z gorącą odą Teeraturę ogrzeanego ciała ierzyy teroetre łożony do robói i obsyany rozdrobnioną substancją Gdy badane ciało będzie iało teeraturę blisą teeratury gorącej ody (oznaczyy ją rzez t ), rzeryay ogrzeanie i yjując teroetr szybo syujey ciało do aloryetru Kaloryetr i łaszcz rzyryay oryai Właday do aloryetru teroetr i ieszając ieszadłe zaartość aloryetru, oczeujey yrónania się teeratur aloryetru, ody i badanego ciała; oznaczay ją rzez t Po yonaniu oyższych czynności uładay rónanie (bilans cielny): t t c t t c t t asa aloryetru z oryą i ieszadłe, g; c cieło łaście aloryetru (aluiniu), ; gk asa ody, g; c cieło łaście ody róne 490 ; gk asa badanego ciała, g; cx cieło łaście badanego ciała, ; gk t teeratura oczątoa ody i aloryetru z oryą i ieszadłe, ºC lub K; t teeratura oczątoa badanego ciała, ºC lub K; t teeratura ońcoa: ody, aloryetru i badanego ciała, ºC lub K; Przeształcając oyższe rónanie otrzyujey zór na cieło łaście badanego ciała: c c t t t t, g C Wzór ożna urościć roadzając tz rónoażni odny aloryetru M W ty celu należy ojeność cielną ody c oięszyć o ojeność cielną aloryetru c M c c Orac PDFiA IF US, red TMMolenda, 00 - /7 -

3 Praconia Dydatyi Fizyi i Astronoii, Uniersytet Szczecińsi Rónoażni ten ożna ustalić dla danego aloryetru i rzy obliczeniach z niego orzystać W ten sosób sraca się ydatnie czas trania dośiadczeń Należy jedna aiętać, aby do aloryetru ażdorazoo leać jednaoą ilość ody, odierzoną rzy oocy cylindra iaroego, gdyż rónoażni odny został obliczony dla danej ilości ody Uzględniając rónoażni odny aloryetru, zór na cieło łaście rzyjuje nastęującą ostać: M gdzie M jest rónoażniie odny aloryetru t t t t, W celu otrzyania doładniejszego yniu oiaru należy uzględnić cieło obrane rzez część teroetru zanurzoną aloryetrze Cieło obrane rzez teroetr obliczay orzystając z fatu, że ilości cieła otrzebne do ogrzania c³ szła i rtęci o ºC są rzybliżeniu jednaoe Masa c³ szła ynosi średnio,5 g, jego cieło łaście 86 /(g C), zaś asa c³ rtęci ynosi,6 g, a jej cieło łaście 8,6 /(g C) May zate:,5 8,6,6 8,6 Z oyższego ynia, że do ogrzania asy c³ szła lub rtęci o ºC otrzeba średnio 98 Tę ilość cieła będziey oznaczać rónaniach bilansu cielnego rzez r Chcąc uzględnić bilansie cielny ilość cieła obraną rzez zanurzoną aloryetrze część teroetru, ierzyy cylindre iaroy objętość tej części teroetru, zaś cieło obrane rzez nią rzy rzyroście teeratury od t do t 4 obliczay z nastęującego zoru: Q t v rt t 4, Q t ilość cieła obrana rzez teroetr, ; v objętość części teroetru zanurzonej aloryetrze, c³; r 88 /(g C); t teeratura ońcoa, ºC t 4 teeratura oczątoa teroetru rzed łożenie go do aloryetru, ºC Po uzględnieniu oyższego zór na cieło łaście rzybierze nastęującą ostać: M t t vrt t4 t t W oisach ozostałych dośiadczeń oinięto ilość cieła obraną rzez teroetr (Uzględnianie lub oinięcie ilości tego cieła ozostaia się do decyzji nauczyciela) W rzyadu, gdy ciało stałe, tórego cieło łaście chcey yznaczyć, jest rozuszczalne odzie lub cheicznie z nią reaguje, należy do oiaru użyć innej cieczy o znany ciele łaściy, tóra obec badanego ciała jest obojętna N cieło łaście sodu etalicznego (Na) należy yznaczyć nafcie Wyznaczanie cieła łaściego cieczy Przebieg oiaru jest odobny do oiaru cieła łaściego ciał stałych Różni się tylo ty, że zienia się rola użytych dośiadczeniu substancji W dośiadczeniu znane było cieło łaście cieczy, a nieznane ciała stałego; ty rzyadu należy użyć ciała stałego o znany ciele łaściy i o ogrzaniu syać je do badanej cieczy znajdującej się aloryetrze Po yonaniu czynności ja dośiadczeniu uładay rónanie: t t c t t c t x c t Obecnie nie stosuje się teroetró rtęcioych Orac PDFiA IF US, red TMMolenda, 00 - /7 -

4 Praconia Dydatyi Fizyi i Astronoii, Uniersytet Szczecińsi asa ciała stałego, g; c cieło łaście ciała stałego, asa badanej cieczy, g; cieło łaście badanej cieczy, /(g C); asa aloryetru, g c cieło łaście aloryetru, /(g C); t teeratura oczątoa badanej cieczy i aloryetru, t teeratura ciała stałego, C t teeratura ońcoa badanej cieczy, ciała stałego i aloryetru, Cieło łaście badanej cieczy obliczay rzeształcając yżej odane rónanie do ostaci: c t t c t t t t W celu otrzyania doładniejszego yniu oiaru, obliczeniach ożna uzględnić cieło obrane rzez teroetr Wyznaczanie cieła tonienia lodu Ważyy aloryetr, o czy leay do niego odę Ważyy ononie i obliczay asę ody ja dośiadczeniu nastęnie rzucay do aloryetru aałe lodu urzednio osuszony bibułą Przyryay aloryetr i ieszając olno ieszadłe, oczeujey na stonienie lodu i ustalenie się teeratury, tórą odczytujey na teroetrze Po yonaniu oyższych czynności ażyy aloryetr Znając asę aloryetru z odą rzed rzucenie lodu i o jego stonieniu, obliczay z różnicy tych as asę lodu Wniosując, że lód stoił się obierając cieło aloryetru i zaartej ni ody, uładay rónanie: x c t t c t t c t t x cieło tonienia lodu, /g; asa lodu (ody ostałej z jego stonienia), g; asa aloryetru z ieszadłe, g; asa ody znajdującej się aloryetrze, g; c cieło łaście aloryetru, /(g C); c cieło łaście ody, 486 /(g C); t teeratura oczątoa aloryetru, C; t teeratura lodu i ostałej z niego ody (0 C); t teeratura ońcoa aloryetru (C) Przeształcając oyższe rónanie, obliczay cieło tonienia lodu ze zoru: x c c t t t t 4 Wyznaczanie cieła aroania ody teeraturze rzenia Ciełe aroania ody teeraturze rzenia nazyay stosune dostarczonej energii na sosób cieła Q do asy substancji, tóra od łe tej ilości cieła yaroała Kaloryetryczna etoda oiaru cieła aroania ody teeraturze rzenia oiera się nie na zaianie cieczy na arę, lecz odrotnie, aloryetrze zaieniay arę na ciecz Uład rzyrządó dośiadczeniu jest oazany na rysunu Przebieg dośiadczenia jest nastęujący:, g Orac PDFiA IF US, red TMMolenda, 00-4/7 -

5 Praconia Dydatyi Fizyi i Astronoii, Uniersytet Szczecińsi Ważyy aloryetr bez oryy Naleay ody i ażyy otórnie celu yznaczenia asy ody Teeraturę ierzyy teroetre zaieszony rzy oocy ocnej nici na rzedłużaczu uocoany statyie Koniec teroetru oinien być zanurzony odzie Kaloryetr rzyryay oryą teturoą Rys Parę odną ytorzoną ociołu do ytarzania ary () doroadzay do aloryetru () rzy oocy ożliie rótich rure guoych () orzez osuszacz (4) i rurę szlaną (5) Przy yonaniu oiaru należy aiętać, aby oda ociołu gotoała się ila (-5) inut i ty czasie ara uchodząca rzeode doroadzający ją do aloryetru nagrzała go Zaobiegay ten sosób nadierneu sralaniu się ary Po yonaniu tych czynności oniec ruri szlanej (5), tórą jest zaończony rzeód doroadzający, zanurzay odzie znajdującej się aloryetrze, rozsuając urzednio teturoą oryę W czasie uszczania ary do aloryetru należy obseroać na teroetrze zrost teeratury, tóry nastęuje bardzo szybo Po ogrzaniu rzez arę ody aloryetrze do C, należy rzerać jej doły, tzn yjąć z aloryetru rurę szlaną Ogrzanie ody aloryetrze do yższej teeratury ooduje zniejszenie doładności oiaru Po rzeraniu dołyu ary ieszay zaartość aloryetru ieszadłe do czasu ustalenia się teeratury, tórą odczytujey na teroetrze Nastęnie ononie ażyy aloryetr raz z zaartością Z różnicy as aloryetru rzed i o uszczeniu ary obliczay jej asę Wniosując, że ara i ostała z niej oda oddały soje cieło aloryetroi i zaartej ni odzie, uładay rónanie: x c t t c t t c t t x cieło aroania ody, /g; asa ary odnej (ody ostałej z jej srolenia), g; asa aloryetru z ieszadłe, g; asa ody znajdującej się aloryetrze, g; c cieło łaście aloryetru, /(g C) c cieło łaście ody 486 /(g C); t teeratura oczątoa aloryetru,, ºC; Orac PDFiA IF US, red TMMolenda, 00-5/7 -

6 Praconia Dydatyi Fizyi i Astronoii, Uniersytet Szczecińsi t teeratura ody ostałej ze srolenia się ary (00 ºC); t teeratura ońcoa aloryetru Przeształcając oyższe rónanie otrzyujey zór na cieło aroania ody: x c c t t t t 5 Przeiana energii eletrycznej energię enętrzną Sradzenie raa oule a-lenza, g Rys Scheat dośiadczenia oazany jest na oyższy rysunu Ważyy aloryetr bez oryy i ieszadła, a nastęnie naełniay go naftą Warzyy otórnie i obliczay asę nafty Torzyy obód eletryczny z 6 V baterii auulatoró (), aeroierza () o zaresie sazań 0 A, oornicy suaoej (), yłącznia- lucza do rądu (4) oraz sirali oule a (5) łożonej do aloryetru Klucze do rądu zayay obód i rzy oocy oornicy suaoej ustalay natężenie rądu, n,5 A, o czy yłączay rąd Właday do aloryetru teroetr rzez otór baelitoej oraie sirali i ieszając ni naftę oczeujey ustalenia się teeratury Nastęnie ononie łączay rąd i rzy oocy stoera ierzyy czas jego rzełyu W czasie rzełyu rądu należy naftę aloryetrze ieszać zanurzony niej ońce teroetru Po ułyie ooło 5 inut yłączay rąd i ieszając naftę oczeujey chili ustalenia się teeratury, tórą odczytujey na teroetrze Orac PDFiA IF US, red TMMolenda, 00-6/7 -

7 Praconia Dydatyi Fizyi i Astronoii, Uniersytet Szczecińsi Energię uzysaną na sosób cieła rzez aloryetr czasie rzełyu rądu rzez siralę oule a obliczay ze zoru: Q c ncn t t, Q ilość energii uzysana na sosób cieła rzez aloryetr czasie rzełyu rądu, ; asa aloryetru, g; n asa nafty, g; c cieło łaście aloryetru, /(g C); c n cieło łaście nafty, /(g C); t teeratura oczątoa aloryetru i nafty, ºC; t teeratura ońcoa aloryetru i nafty, ºC; Poyższy zór orónujey ze zore yrażający rao oule a: Q Ι Q ilość energii ydzielona rzez siralę, ; I natężenie rądu eletrycznego sirali, ; R oór sirali, Ω; t czas rzełyu rądu, s R t, Aby otrzyać bardziej orane ynii, oiar należy yonać z ożliie dużą doładnością W ty celu należy znać doładnie oór sirali, artość natężenia rądu, a onadto należy uzględnić cieło obrane rzez teroetr Dośiadczenie to ożna otórzyć łączając obód eletryczny sirale o różnych oorach Wynii oiaró uzysane rzy oocy aloryetru będą rzybliżonyi artościai ielości odaanych tablicach fizycznych, onieaż tablicach są odane średnie artości szeregu oiaró yonanych laboratoriach nauoych, Oracoano Praconi Dydatyi Fizyi i Astronoii Uniersytetu Szczecińsiego od ierunie Tadeusza M Molendy na odstaie: Kaloryetr Nr atalogoy: V 4 4, orzedni nr at F 8 Produoano: BIOFIZ ZEDNOCZENIE PRZEMYSŁU POMOCY NAUKOWYCH I ZAOPATRZENIA SZKÓŁ WARSZAWA Fabrya Poocy Nauoych Poznaniu Źródło: ze zbioró Praconi Dydatyi Fizyi i Astronoii Uniersytetu Szczecińsiego Orac PDFiA IF US, red TMMolenda, 00-7/7 -