MGR 4 4. Analiza energetyczna przejść fazowych. Pojęcie trzech stanów skupienia na przykładzie wody. Topnienie i krzepnięcie ciał. Przemiany energii podczas topnienia i krzepnięcia. iepło topnienia i krzepnięcia. Stałość i równość temperatury topnienia i krzepnięcia. Parowanie i skraplanie. zynniki wpływające na szybkość parowania i skraplania. Wrzenie. wrzenia. krytyczna. Zjawisko rozpuszczania. zynniki wpływające na szybkość rozpuszczania. Krzepnięcie i wrzenie roztworów. Ćw. 1. Wyznaczanie ciepła topnienia i krzepnięcia lodu. 2. Wrzenie wody pod kloszem pompy próżniowej. 3. Pokaz wrzenia wody pod zmniejszonym ciśnieniem. 4. Wyznaczanie ciepła właściwego ciała stałego. 5. Przyrząd do demonstracji punktu krytycznego eteru
Wyznaczanie ciepła topnienia lodu Ważymy kolorymetr wraz z mieszadełkiem ( niech jego masa wynosi m k ), nalewamy do niego wody i ważymy powtórnie ( jego masa będzie teraz wynosiła więcej, m 1 ). Masa m w wynosi więc m w = m 1 m k Mierzymy następnie temperaturę wody. Niech wyniesie ona t 1. eżeli wrzucimy teraz do kalorymetru kawałek dobrze osuszonego za pomocą bibuły lodu, który znajdował się przez dłuższy czas w wodzie, to będzie się on zamieniał na wodę o temperaturze 0 0.Powstała z lodu woda o tej temperaturze ogrzewa się w dalszym ciągu oziębiając przy tym wodę w kalorymetrze. Temperatury wody powstałej z lodu i wody w kalorymetrze w końcu się wyrównają, co poznamy po tym, że temperatura wody w kalorymetrze się ustali. Oznaczmy tę końcową temperaturę przez t. Dla jej dokładnego uchwycenia notujemy w tabelce wyniki obserwacji temperatury w kalorymetrze po wrzuceniu do wody lodu. zas t, min T, 0 przechodzi przez minimum, po czym zaczyna się podwyższać. Po osiągnięciu temperatury końcowej ważymy jeszcze kalorymetr. eżeli jego masa wyniesie m 2, to masa stopionego lodu wyniesie m l = m 2 m 1 Podczas doświadczenia mieszamy nieustannie wodę dla uniknięcia lokalnych ochłodzeń. Wszystkie części kalorymetru są wykonane z aluminium, którego ciepło właściwe wynosi 849 0
W celu otrzymania dokładniejszego pomiaru należy uwzględnić ciepło pobrane przez część termometru zanurzoną w kalorymetrze. Można obliczyć, że do ogrzania 1cm 3 szkła lub rtęci o 1 0 potrzeba średnio 1,93. iepło pobrane przez termometr wynosi Q t = V r ( t t) p gdzie: V-objętość części termometru zanurzonej w kalorymetrze t p - temperatura otoczenia r 1,93 cm = 3 o Korzystając z bilansu cieplnego obliczamy wartość ciepła topnienia lodu ( wartość tablicowa 334 700 ) Określamy błąd względny pomiaru ciepła topnienia lodu i zapisujemy ostateczny wynik
Wrzenie wody pod kloszem pompy próżniowej Zlewkę z letnią wodą ( około 50 0 ) ustawiamy po kloszem pompy próżniowej. W trakcie wypompowywania powietrza spod klosza woda w zlewce zaczyna wrzeć. ( rys.3.165). W celu odczytania temperatury wrzenia wody pod zmniejszonym ciśnieniem należy do zlewki wstawić niezbyt duży termometr. Rys. 3.165 Pokaz wrzenia wody po zmniejszonym ciśnieniem Rys. 3.164 Zagotujemy wodę w kolbie. Niech woda gotuje się 1-2 minuty. Następnie odstawiamy kolbę i natychmiast zakorkujemy. Woda przestała wrzeć. Umocujmy kolbę na statywie ( jest gorąca) i umieśćmy nad zlewem lub miseczką. Teraz skierujmy na nią strumień zimnej wody.(rys.3.164). Mimo, że temperatura wody była niższa niż 100 0, to w całej objętości pojawiły się pęcherzyki pary - woda wrzała. W zakorkowanej kolbie nad powierzchnią wody panowało ciśnienie mniejsze od atmosferycznego, dlatego że w wyniku ochłodzenia szkła z zewnątrz część pary się skropliła. Ta część, która pozostała, i powietrze wywierały na powierzchnię wody w kolbie ciśnienie mniejsze od atmosferycznego
Wyznaczanie ciepła właściwego ciała stałego Wyznaczamy masę kolorymetru wraz z mieszadełkiem, a następnie nalewamy do niego około wyznaczając jej masę m 1 i temperaturę początkową t 1. 2 3 wysokości wody W zlewce z wodą ogrzewamy w temperaturze wrzenia przez kilka minut bryły metalowe zawieszone na nici. Masa m 2 badanego ciała powinna być znana ( należy zauważyć, że jeżeli masa badanego ciała będzie mała to w niedostatecznym stopniu ogrzeje wodę w kalorymetrze przez co wynik pomiaru ciepła właściwego będzie obarczony dużym błędem). Wrzucamy badane ciało do kalorymetru i wyznaczamy temperaturę końcową. Dla jej dokładnego uchwycenia notujemy w tabelce wyniki obserwacji temperatury w kalorymetrze po wrzuceniu do wody ciała. zas t, min T, 0 przechodzi przez maximum, po czym zaczyna się obniżać. Dane wpisujemy do tabelki Masa wody w kalorymetrze m 1, wody t 1, 0 Masa ciała stałego m 2, początkowa ciała stałego t 0, 0 końcowa t, 0 iepło właściwe ciała stałego c, 0 100
Obliczamy ilość ciepła, którą woda z kalorymetru pobrała ogrzewając się od temperatury t 1 do t, Obliczamy ilość ciepłą oddanego przez ciało przy ochładzaniu się od t 0 do t, Wyprowadzamy wzór na obliczanie ciepła właściwego przy uwzględnianiu pojemności cieplnej kalorymetru i obliczamy w tym przypadku wartość ciepła właściwego badanego ciała stałego, Określamy błąd względny pomiaru i notujemy ostateczną wartość wyznaczonego ciepła właściwego. Wszystkie części kalorymetru są wykonane z aluminium, którego ciepło właściwe wynosi 849 0 W celu otrzymania dokładniejszego pomiaru należy uwzględnić ciepło pobrane przez część termometru zanurzoną w kalorymetrze. Można obliczyć, że do ogrzania 1cm 3 szkła lub rtęci o 1 0 potrzeba średnio 1,93. iepło pobrane przez termometr wynosi Q t = V r ( t t) p gdzie: V-objętość części termometru zanurzonej w kalorymetrze t p - temperatura otoczenia r 1,93 cm = 3 o
Przyrząd do demonstracji punktu krytycznego eteru /przystawka do diaskopu/ Rys. l Przystawka do diaskopu 1. -próbka z eterem 2. - termometr 3. - spirala grzejna 4. - obudowa 1. Przystawkę założyć do rzutnika typu Biofiz" lub Profil". Umieszczamy ją tak samo jak maletkę z uchwytem do przeźroczy. 2. Włączyć oświetlenie i ustawić ostrość obrazu na ekranie, odległość ekranu od aparatu projekcyjnego około 5 m. 3. W uchwyt wstawić termometr o zakresie od 0 do 300" tak, aby jego zbiornik z rtęcią znajdował się na poziomie cieczy w próbce. 4. Grzejnik przystawki zasilić napięciem zmiennym /około 15V7, które można czerpać z uzwojenia wtórnego transformatora rozbieralnego, zasilacza uniwersalnego, zasilacza regulowanego itp. Można włączyć do obwodu amperomierz i ustalić natężenie prądu w granicach 3 do 3,5A 5. Ogrzewać próbkę do około 190", w pobliżu temperatury krytycznej można wyłączyć zasilanie. Zjawisko przejścia substancji w stan krytyczny można demonstrować kilkakrotnie, w tym celu ogrzewamy próbkę i następnie oziębiamy /poprzez wyłączenie napięcia/. Uwaga: ZE WZGLĘDU NA BEZPIEZEŃSTWO NIE PODGRZEWAĆ PRÓBKI POWYŻE TEMPERATURY 210! Przyrząd opracowany przez.morawca i S.Viscardiego został zatwierdzony jako pomoc szkolna przez Ministerstwo Oświaty i Szkolnictwa Wyższego pismem z dnia 11 czerwca 1970 r. Znak rozpoznawczy: PS 4572-F-660/70