VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Значения теплоемкостей веществ необходимы, например, при расчетах энергетического баланса производственных процессов, который наряду с материальным балансом лежит в основе оценки экономичности производства.
В данной работе предложена схема простейшей установки, которая может быть использована для определения теплоемкостей жидкостей, в частности, при организации лабораторного практикума на факультативных и элективных курсах в школе, и оценить ее эффективность на примере определения удельной теплоемкости ацетона и гексана.
Схема установки представлена на рисунке: калориметрический стакана (стеклянный стакан с изотермической оболочкой (например, из пенопласта) с крышкой из пенопласта), установленный на магнитную мешалку, нагреватель - кипятильник (обеспечивающий нагревание жидкости на 0,2-0,30С /мин), соединенный с выпрямителем тока со стабилизированным напряжением и амперметром, термометр Бекмана.
Реактивы: ацетон, гексан; вода дист.
Ход работы: 1. Определение водяного числа.
Водяным числом СВ называют количество теплоты, необходимое для нагревания калориметра без жидкости на 10С.
В калориметрический стакан наливается 300+0.02 г дист. воды и в него помещается нагреватель. Когда температура станет постоянной, одновременно включается собранная цепь, магнитная мешалка, секундомер и измеряется время, в течение которого температура поднимается на 10С. Опыт повторяется 3 раза. Результаты измерений представлены в табл. 1.
CВ.=CК.В.-CPH2O∙mH2O - водяное число; CB=CB1+CB2+CB33 ; ∆CB=CB-CB
СР=4,18 Дж/г*К (при комн. темп. 250С) – изобарная удельная теплоемкость воды.
Таблица 1: результаты измерений при определении водяного числа СВ
|
№ |
I,А |
U,В |
ΔT,К |
Время, t, сек |
СК.В., Дж/К |
Водяное число, СВ, Дж/К |
ΔСВ, Дж/К |
|
1 |
0,37 |
30 |
1 |
174,0 |
1931 |
677 |
33 |
|
2 |
180,0 |
1998 |
744 |
34 |
|||
|
3 |
176,8 |
1963 |
709 |
1 |
|||
|
Ср. знач.: |
176,9 |
1964 |
710 |
23 |
|||
CК.В.=IBUBtB∆T - теплоемкость калориметра с водой
2. Определение теплоемкости ацетона и гексана
В стакан наливается 300+0,02 г исследуемой жидкости и измеряется изменение температуры за время, полученное в п.1 (t=176,9 сек). Результаты измерений представлены в табл. 2.
Таблица 2: результаты измерений при определении теплоемкости ацетона и гексана
|
№ |
I,А |
U,В |
t,сек |
Ацетон |
Гексан |
||||
|
ΔT,К |
СК.Ж., Дж/К |
СР.Ж.ацет, Дж/г*К |
ΔT,К |
СК.Ж., Дж/К |
СР.Ж.гекс, Дж/г*К |
||||
|
1 |
0,37 |
30 |
176,9 |
1,80 |
1090,88 |
1,27 |
1,57 |
1250,69 |
1,80 |
|
2 |
1,69 |
1161,89 |
1,51 |
1,62 |
1212,09 |
1,67 |
|||
|
3 |
1,74 |
1128,50 |
1,40 |
1,72 |
1141,62 |
1,44 |
|||
|
Ср. знач.: |
1,74 |
1127,09 |
1,39 |
1,64 |
1201,47 |
1,64 |
|||
Cp ацет. справ.=1,29 Дж/г*К; Cp гекс. справ.=1,66 Дж/г*К;
CК.Ж.=IBUBtB∆T - теплоемкость калориметра с исследуемой жидкостью
CР.Ж.=CК.Ж.-CВmH2O - изобарная удельная теплоемкость исследуемой жидкости
Cр.ж.=CР.Ж.1+CР.Ж.2+CР.Ж.33
2. Оценка погрешностей.
∆СК.Ж,СК.Ж.=∆IЖ.IЖ.+∆UЖ.UЖ.+∆tЖ.tЖ.+2∙(∆T)'∆TЖ. - оценка погрешности приборов
Погрешности в измерениях :∆IЖ.=0,025 А; ∆UЖ.=0,5 В; ∆tЖ.=0,2 сек; 2∙∆T'=0,01 К
ε=|∆Cp|Cp справ. ×100%
Вода: ∆СК.Ж.СК.Ж.≈9,54% Ацетон: ∆СК.Ж.СК.Ж.≈9,11% ; ε=7,7% Гексан: ∆СК.Ж.СК.Ж.≈9,15%; ε=1,2%
Несмотря на значительную погрешность приборов (9,1-9,5 %) экспериментальные данные близки к справочным. Т.о., можно сделать вывод, что предложенная установка пригодна для использования при обучении химии.