Лаб. 1. Сравнение количеств теплоты при теплообмене

1. От чего зависит количество поглощенной (выделенной) теплоты?

Количество поглощенной (выделенной) теплоты зависит от массы тела и разницы начальной и конечной температур.

2. В чем смысл уравнения теплового баланса?

Смысл уравнения теплового баланса состоит в том, что если в изолированной системе тел не происходит никаких превращений энергии кроме теплообмена, то количество теплоты, отданное телами, внутренняя энергия которых уменьшается, равно количеству теплоты, полученному телами, внутренняя энергия которых увеличивается.

8. Определите и запишите в таблицу изменение температуры тёплой воды $Δt_2 = t_3-t_2.$

$Δt_2 = t_3 = t_1$
$Δt_2 = 40 - 63$
$Δt_2 = -23$

9. Определите и запишите в таблицу изменение температуры хо­лодной воды $Δt_1 = t_3 - t_1$.

$Δt_1 = t_3 = t_1$
$Δt_1 = 40 - 15$
$Δt_1 = 25$

10. Определите массы холодной $m_1$ и теплой $m_2$ воды.

$m = S · V$;
$V_1 = V_2 = 100$ мл $= 0,1$ л $= 10^{-4}$ м$^3 = 0,0001$ м$^3$;
$S = 1000$ км/м$^3, m = 0.0001$ м$^3 · 1000$ кг/м$^3 = 0,1$ кг.

Значения $V_1$, $V_2$ объемов и масс $m_1$, $m_2$ холодной и теплой воды занесите в таблицу.

11. Рассчитайте и запишите в таблицу количество теплоты, отдан­ное теплой водой $Q_2 = cm_2Δt_2$.

$Q_2 = cm_2Δt_2$;

$c = 4200$ Дж/кг°С;

$Q_2 = 4200$ Дж/кг°C $· 0.1$ кг $· (-23$°C$) = -9660$ Дж.

12. Рассчитайте и запишите в таблицу количество теплоты, полу­ченное холодной водой $Q_2 = cm_1Δt_1$.

$Q_2 = cm_1Δt_1$;
$c = 4200$ Дж/кг°С;
$Q_1 = 4200$ Дж/кг°C $· 0.1$ кг $· 25$°C $= 10500$ Дж.

$t_1$, °C $t_2$, °C $t_3$, °C $Δt_2$, °C $Δt_1$, °C $V_2$, м$^3$ $V_1$, м$^3$
15 63 40 -23 25 0,0001 0,0001
15 63 40 -23 25 0,0001 0,0001

 

$m_2$, кг $m_1$, кг $Q_2$, Дж $Q_1$, Дж
0,1 0,1 -9660 10500
0,1 0,1 -9660 10500

13. Сравните модули количеств отданной и полученной теплоты и объясните результат сравнения.

$-9660 < 10500$, т.к. часть энергии идёт на окружающую среду.

14. Ответы на контрольные вопросы.

Как определялась в опыте масса воды?

В опыте масса воды определялась по формуле $m = SV$, где $S = 1000$ кг/м$^3, V = 100$ мл, тогда $m = 1000$ кг/м$^3 · 100$ мл $= 0,1$.

Почему калориметр имеет двойные стенки?

Слой воздуха между стенками колориметра уменьшает отдачу теплоты окружающим телам.

Почему холодную воду лучше брать комнатной температуры?

Если взять холодную воду комнатной температуры, то отсутствуют тепловые передачи, т.к. при равенстве температуры нет теплообмена воды с окружающей средой.

Будут ли равны модули изменения температуры и количест­ва отданной и полученной теплоты, если использовать неравные массы теплой и холодной воды?

Нет. Они не будут равны, т.к. нельзя использовать неравные массы тёплой и холодной воды.

15. Суперзадание

Объясните, как влияет на полученные результаты участие в теплообмене калориметра. Всегда ли можно этим влиянием пренебречь?

Калориметр делает результаты более точными, т.к. при передаче энергии в среду он снижает её (энергии) потерю. Пренебрегать влиянием можно не всегда, а только тогда, когда когда удельная теплоемкость и масса внутреннего стакана калориметра мала по сравнению с массой жидкости, находящейся в калориметре.