Обработка результатов измерений

1. Построить график зависимости температуры олова (Т) от времени остывания (τ), график 1:

График 1.

Определить из графика 1 значения температуры (Т _кр, - температур -ное «плато») и времени кристаллизации (Δ - участок II).

2. Построить график зависимости ln от времени остывания (τ) в температурном интервале участка III графика 1, (график 2).

График 2.

Рассчитать темп охлаждения m по формуле: m = ,

Где временной интервал () соответствует участку зависимости ln от времени, максимально близкому к прямолинейной зависимости.

3. Рассчитать удельную теплоту кристаллизации олова, подставляя численные значения экспериментально определённых величин (m, Δ , ) и данных установки из приложений в формулу (12):

= (c_oM_o + c_aM_a) .

3а. Рассчитать погрешность удельной теплоты кристаллизации по формуле:

4. Рассчитать изменение энтропии при кристаллизации олова, подставляя полученные значения и Т_кр в формулу:

S₂ – S₁ = – М_о / Т _кр.

4а. Рассчитать погрешность определения изменения энтропии по формуле:

.

Принимается, что относительные погрешности опреде­ления времени кристаллизации , температуры кристаллизации и ln значительно превышают относительные погрешности опреде­ления , , и .

5. Выписать полученные значения и в качестве основного результата проделанной работы.

Вопросы

1. Сравните полученное значение удельной теплоты кристаллизации со справочным значением и, если в пределах погрешности измерений совпадение отсутствует, объясните это расхождение.

2. Поясните теоретические соображения, послужившие основанием для проведённого Вами эксперимента.

3. Дайте определение энтропии и второго начала термодинамики с точки зрения направленности изменения энтропии.

4. Соответствует ли измеренное Вами изменение энтропии второму началу термодинамики?

5. Что понимают под термином «фазовый переход первого рода»?

Литература

1. А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. Курс физики. – М., Высшая школа, 1999, гл. 9, гл. 11.

2. И. Е. Иродов. Физика макросистем. Основные законы: Учебное пособие для вузов. – М.: Лаборатории Базовых Знаний, 2001, гл. 1, гл. 3, гл.5.

Приложение

Данные установки:

Масса олова: М _О = 0, 07 кг Δ М _О = 0, 005 кг

Масса ампулы: М _а = 0, 09 кг Δ М _а = 0, 005 кг

Уд. теплоёмкость олова: с _о = 230 Дж/кг К

Уд. теплоёмкость ампулы: с _а = 380 Дж/кг К

Лабораторная работа I.6

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЕМ

Цель работы:

Экспериментальное определение интегрального коэффициента теплового излучения тонкой вольфрамовой проволоки, нагретой электрическим током в интервале температур от 100 до 800 ^оС.

Теоретическое рассмотрение

Известно, что все тела являются источниками теплового излучения, подчиняющегося законам Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Модельным источником теплового излучения является АЧТ (абсолютно черное тело), т.е. тело, которое имеет коэффициент поглощения электромагнитного излучения, равный 1 во всём диапазоне частот. Реализацией этой модели является малое отверстие в замкнутой термостатированной полости. Закон Стефана-Больцмана для такого источника выглядит так:

, Вт/м²,

где С ₀ = 5, 67 Вт/м²К⁴ – постоянная излучения АЧТ.

В природе абсолютное большинство тел – нечерные (серые) и для них используется модифицированный закон Стефана-Больцмана:

, Вт/м²,

где Е – полная излучательная способность серого тела,

- степень черноты полного излучения серого тела.

В основе калориметрического метода٭, применяемого в настоящей работе, лежит уравнение для результирующего потока теплового излучения с поверхности вольфрамовой проволоки:

, (1)

где e₁ – интегральный коэффициент теплового излучения вольфрамовой нити; С _о – постоянная излучения АЧТ.

Поскольку площадь поверхности вольфрамовой проволоки (F₁₎ мала по сравнению с площадью поверхности оболочки (F₂):

F₁ << F₂, формула содержит только искомое значение e₁. Предполагается, что тела серые (тело называется «серым», если его коэффициент поглощения изменяется в диапазоне «0 – 1», одинаков для всех частот и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности).

Для определения e₁ необходимо измерить температуру проволоки Т ₁ и температуру стенки внутренней стеклянной трубки Т ₂ (по шкале Кельвина) и определить плотность потока излучения с поверхности проволоки:

Е = Q /(p dl), (2)

где Q = U_R (U_o/R_o)- энергия, выделяемая электрическим током, проходящим через вольфрамовую проволоку, в единицу времени; d – диаметр вольфрамовой проволоки; l – длина проволоки.

Температура вольфрамовой проволоки определяется по формуле:

t ₁ = , (3)

T ₁ = (273.15 + t ₁ ), К

где R _ОН - сопротивление вольфрамовой проволоки при t ₁ = 0 ^оC;

R_t = U_R/I – сопротивление проволоки при данной температуре, где I = U_o/R_o; a - температурный коэффициент сопротивления вольфрама.

При отсутствии данных для R _он (сопротивление нити при t _н = 0 ^oC;) используются данные для R _нк при комнатной температуре t_к (измеряется R _нк мультиметром при отключённом нагревателе). При этом формула (3) для расчёта температуры вольфрамовой проволоки приобретает вид

, ^ОC (4)

Схема экспериментальной установки и методика измерений

Схема экспериментальной установки приведена на Рис.1. На передней панели находится двухканальный измеритель температуры (2) типа 2ТРМО, подключённый к хромель-копелевой термопаре, универсальный вольтметр (2) типа MY-67 с автоматическим переключением пределов измерений, тумблер электропитания установки (3), разъёмы (V) для подключения вольтметра (2), тумблер (5) для переключения вольтметра на измерение падения напряжения на образцовом сопротивлении (U _о) и напряжения на вольфрамовой проволоке (U _н).

На Рис.2 приведена принципиальная схема рабочего участка, электрическая схема питания и измерений. Нагреваемая вольфрамовая проволока-нить (7) находится в цилиндрическом стеклянном баллоне (8) с двойными стенками, между которыми находится вода. Внутренняя трубка вакуумирована до 10^{-5 мм} рт.ст. Температура стенки этой трубки Т ₂ считается равной температуре воды, циркулирующей между двойными стенками и постоянной в течение опыта. Она определяется хромель-копелевой термопарой (9), соединённой с измерителем температуры (2). Баллон с нитью укреплен в модуле (6), который находится на лабораторном стенде. Электропитание к вольфрамовой проволоке подводится внутри установки от источника питания (4). Последовательно с вольфрамовой проволокой включено образцовое сопротивление (R_о) для определения величины электрического тока в цепи по измеренному значению падения напряжения на Ro. Для измерения напряжения на вольфрамовой проволоке U _R и напряжения на образцовом сопротивлении U _o к разъёмам V подключается мультиметр (1).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: