Лабораторная работа «Определение удельной теплоты парообразования воды» - МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

Содержание и метод выполнения работы

Удельная теплота парообразования воды определяется по изменению ее уровня в сосуде при выкипании.

Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называется теплообменом, или теплопередачей. В процессе теплообмена тело может либо принимать, либо отдавать энергию, которая называется количеством теплоты.

Чтобы тело массой m₁ нагреть от начальной температуры t₁ до конечной температуры t₂, необходимо затратить количество теплоты Q₁ = cm₁(t₂ – t₁), где c - удельная теплоемкость вещества. Для превращения жидкости массой m₂ в пар при постоянной температуре ей необходимо передать количество теплоты.

Q₂ = Lm₂, где L - удельная теплота парообразования.

Пусть вода нагревается электрокипятильником и вся работа электрического тока идет:

1) на нагревание воды от начальной температуры t₁ до температуры кипения t₂;

2) на последующее превращение некоторой массы Δm воды в пар. Тогда, согласно закону сохранения энергии, для этих двух процессов можно записать:

где Р - мощность кипятильника, с = 4100 Дж/(кг·К) - удельная теплоемкость воды, m₁ - первоначальная масса воды, t₁ - начальная температура воды, t₂ = 100 °С - конечная температура воды, т₂ - время, в течение которого вода массой Δm превратилась в пар. Если вода находится в цилиндрическом сосуде, то ее массу можно определить по формуле:

где с - 1000 кг/м³ - плотность воды; h₁ - начальный уровень воды (рис. 140, a); S - площадь дна сосуда.

Аналогично можно определить массу воды, которая останется после испарения:

где h₂ - уровень оставшейся воды (рис. 140, б).

Решая систему уравнений (1)-(4) и учитывая, что Δm = m₁ – m₂, получим формулу для вычисления удельной теплоты парообразования воды:

Оборудование; цилиндрический сосуд (внутренний стакан калориметра); сосуд с водой; электрокипятильник; термометр; часы с секундной стрелкой; линейка с миллиметровыми делениями; лист поролона, скотч.

Ход работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

С, Дж/(кг·К)	h1, м	t1, °C	ф1, с	t2, °C	h2, м	ф2, с	L, Дж/кг
4190				100

2. Налейте в цилиндрический сосуд воду и измерьте ее температуру t₁ и начальный уровень h₁.

3. Осторожно, соблюдая правила безопасности, опустите в воду кипятильник, включите его и измерьте время т₁, в течение которого вода нагреется до температуры t₂ = 100 °С и начнет кипеть.

4. Дайте воде покипеть в течение некоторого времени т₂, после чего выключите кипятильник.

5. Измерьте уровень h₂ оставшейся в сосуде воды.

6. Удельную теплоту парообразования воды рассчитайте по формуле (5).

7. Сравните полученный результат с табличным значением и рассчитайте погрешность измерений.

Дополнительное задание. Используя предложенное оборудование, рассчитайте массу испарившейся воды и количество теплоты, которое пошло на ее испарение.

Контрольные вопросы

1. Удельная теплоемкость ртути 120 Дж/(кг·К), удельная теплота ее парообразования 0,29 МДж/кг. Что это значит физически?

2. Какие потери энергии были допущены при проведении работы, и как их можно было бы избежать?

Домашнее задание

П. 72, 73.