ΜΕΤΡΗΣΗ ΕΙ ΙΚΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΥΓΡΟΥ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΜΕΤΡΗΣΗ ΕΙ ΙΚΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΥΓΡΟΥ"

Λουκιανός Γιαννόπουλος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΑΣΚΗΣΗ 9 ΜΕΤΡΗΣΗ ΕΙ ΙΚΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΥΓΡΟΥ Πείραµα του J. Joule που αποδεικνύει τη διατήρηση της ενέργειας URL: hcc.hawaii.edu 95

2 9.1 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Η µελέτη του φαινοµένου Joule και ο προσδιορισµός της ειδικής θερµότητας υγρού. 9. ΜΕΘΟ ΟΣ Νερό µάζας m 1 και στη συνέχεια γλυκερίνη µάζας m και άγνωστης ειδικής θερµότητας c τοποθετούνται διαδοχικά στο θερµιδόµετρο, στο οποίο βρίσκεται αντίσταση R (Σχ. 9.1). Η αντίσταση τροφοδοτείται, απο µια πηγή συνεχούς τάσης Ε, µε ρεύµα i, η τιµή του οποίου βρίσκεται µε αµπερόµετρο (Α). Με βολτόµετρο (V) µετράµε την τάση U στα άκρα της αντιστάσεως, ενώ θερµόµετρο θ µετρά κάθε στιγµή τη θερµοκρασία του υγρού. Υποτίθεται ότι η θερµική µόνωση του συστήµατος είναι καλή, ώστε να µην επικοινωνεί θερµικά µε το περιβάλλον. Η ηλεκτρική λοιπόν ενέργεια που καταναλίσκεται στην αντίσταση µετατρέπεται σε θερµότητα, η οποία αποταµιεύεται στο σύστηµα ως εσωτερική ενέργεια, µε αποτέλεσµα την αύξηση της θερµοκρασίας του. Ισχύουν οι σχέσεις : θ1 = θ0 Jmc ( 1 1 k) t και θ = θ0 Jmc ( k) t για το νερό και για το υγρό αντίστοιχα. Οι γραφικές παραστάσεις των εξισώσεων αυτών είναι ευθείες και οι κλίσεις τους είναι: Β 1 = 1 1 Jmc ( 1 1 k) και Ui Jmc k Σχήµα 9.1 Β = ( ) Joule όπου J=4,18 το ηλεκτρικό ισοδύναµο της θερµότητας. cal Με απαλοιφή της θερµοχωρητικότητας k του θερµιδόµετρου µεταξύ των δυο παραπάνω εξισώσεων, καταλήγουµε στον υπολογισµό της ειδικής θερµότητας της γλυκερίνης απο τη σχέση: 1 Ui U1i 1 m1 c = c1 mj B B 1 m 9.3 ΣΥΣΚΕΥΕΣ 1) Πηγή παραγωγής συνεχούς τάσης και καλώδια για το κύκλωµα. ) Μεταβλητή αντίσταση. 3) Θερµιδόµετρο. 4) ύο πολύµετρα που χρησιµεύουν ως βολτόµετρο και αµπερόµετρο. 5) Θερµόµετρο 96

Η αντίσταση τροφοδοτείται, απο µια πηγή συνεχούς τάσης Ε, µε ρεύµα i, η τιµή του οποίου βρίσκεται µε αµπερόµετρο (Α).

3 6) Ζυγός. 7) Ποσότητα αποσταγµένου νερού και άγνωστου υγρού 9.4 ΘΕΩΡΙΑ Απο τη βασική εξίσωση της θερµιδοµετρίας γνωρίζουµε ότι για να αυξηθεί η θερµοκρασία ενός σώµατος κατά θ θα πρέπει να δωθεί στο σώµα θερµότητα Q ίση µε: Q = mc θ = mc( θ θο ) (9.1) όπου m η µάζα του σώµατος που θερµαίνουµε, c η ειδική θερµότητα του σώµατος, θ η τιµή της θερµοκρασίας µετά απο χρόνο t και θ 0 η θερµοκρασία του σώµατος τη στιγµή που αρχίζει η θέρµανση. To γινόµενο mc ονοµάζεται θερµοχωρητικότητα του σώµατος. Αν υποθέσουµε τώρα ότι η θερµότητα Q προσφέρεται στο σώµα απο µια αντίσταση µε τάση U και ρεύµα i, τότε σε χρόνο t : Q = t (9.) J Συνδυάζοντας τις δύο παραπάνω σχέσεις καταλήγουµε στην εξίσωση: θ = θ ο t (9.3) Jmc Αν υποθέσουµε ότι η θέρµανση γίνεται µέσα σ ενα θερµιδόµετρο τότε κάποιο µέρος της προσφερόµενης θερµότητας θα απορροφάται απο το ίδιο το θερµιδόµετρο. Εποµένως η σχέση (9.1) γίνεται: Q = ( mc k) ( θ θο ) (9.4) όπου k = m Θ. c Θ η θερµοχωρητικότητα του θερµιδόµετρου. Με βάση τη σχέση αυτή η σχέση (9.3) τροποποιείται και παίρνει τη µορφή: θ= θ0 Jmc ( k) t (9.5) Ο συνδυασµός των δυο σχέσεων για τα δυο υγρά, µε βάση την (9.5), οδηγεί στην ; 1 Ui U1i 1 m1 c = c1 mj B B (9.6) 1 m Σηµείωση : Για τη χρήση των πολυµέτρων, ανατρέξτε στην Άσκηση 3, ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΑΣΚΗΣΕΩΣ 1) Nα ζυγισθεί το θερµιδόµετρο µαζί µε το καπάκι του. Το σφάλµα διακριτικής ικανότητας είναι ίσο µε τη σταθερά του βερνίερου. ) Nα γεµίσετε το δοχείο µε νερό κατά τέτοιο τρόπο ώστε η αντίσταση να βυθίζεται στο νερό. Ζυγίστε το δοχείο µαζί µε το νερό. 3) Βρείτε τη µάζα του νερού. Θεωρείστε ότι το σφάλµα δm είναι το διπλάσιο του σφάλµατος διακριτικής ικανότητας. 4) Nα τοποθετηθεί το καπάκι του θερµιδοµέτρου και να συνδεσµολογηθεί το κύκλωµα του Σχ ) Αφού ελεγχθεί το κύκλωµα από το προσωπικό του Εργαστηρίου να τεθεί το όλο σύστηµα σε λειτουργία. 6) Μετακινήστε το δροµέα της µεταβλητής αντίστασης, ώστε να προσεγγίσετε όσο καλύτερα µπορείτε τις τιµές των 3 V και των 3A. 7) Να σηµειωθούν η τάση U 1 και το ρεύµα i 1 : U 1 = Volt και i 1 = A 97

1) όπου m η µάζα του σώµατος που θερµαίνουµε, c η ειδική θερµότητα του σώµατος, θ η τιµή της θερµοκρασίας µετά απο χρόνο t και θ 0 η θερµοκρασία του σώµατος τη στιγµή που αρχίζει η θέρµανση.

4 8) Να ληφθούν οι θερµοκρασίες ανά 1min και επί 10 min. Τα αποτελέσµατα να γραφούν σε πίνακα ανάλογο του Πίνακα 9.1 9) Γίνεται δεκτό ότι στην τάση U και στο ρεύµα i υπάρχει σφάλµα διακριτικής ικανότητας ± 0. υποδιαιρέσεις. Με βάση την παραδοχή αυτή, να υπολογισθούν τα σφάλµατα: δu 1 =± Volt και δi 1 =± A (δείτε, πρώτα, σε πόσα Volt ή σε πόσα Ampere αντιστοιχεί κάθε υποδιαίρεση των πολυµέτρων) 10) Να χαραχθεί η ευθεία θ 1 =f 1 (t). 11) Να υπολογιστεί η κλίση της ευθείας: Β 1 = grad/min 1) Να διακοπεί η τροφοδοσία του κυκλώµατος. Να αντικατασταθεί το νερό µε το υγρό άγνωστης ειδικής θερµότητας c. Να ζυγισθεί και να βρεθεί η µεικτή µάζα του. 13) Να βρεθεί η µάζα του υγρού. Το σφάλµα θεωρείται και πάλι ίσο µε το διπλάσιο του σφάλµατος ανάγνωσης. 14) Να επαναληφθούν οι εργασίες από 6 έως 10. Πίνακας 9.1 Νερό Άγνωστο υγρό t (min) θ (ºC) t (min) θ (ºC) ) Από τη σχέση (9.6) να βρεθεί η τιµή της άγνωστης ειδικής θερµότητας c αν η ειδική θερµότητα του νερού είναι c 1 = 1cal/grgrad. c = cal/gr.grad 16) Να υπολογισθεί το σφάλµα µετρήσεως της ειδικής θερµότητας δc : 1 U i U1i1 δm δu δi Ui δu1 δi1 U1i1 δc = mj B B1 m U i B U1 i1 B1 δm1 δm m1 m m m c ) Να συγκρίνετε την τιµή που βρήκατε µε την τιµή της βιβλιογραφίας. Σε περίπτωση σηµαντικής απόκλισης προσπαθείστε να τη δικαιολογήσετε. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ 1) Τι εκφράζει η ειδική θερµότητα και από τι εξαρτάται; ) Τι εκφράζει το µηχανικό ισοδύναµο της θερµότητας; 3) Γιατί το σφάλµα στη µέτρηση της µάζας του νερού είναι το διπλάσιο του σφάλµατος διακριτικής ικανότητας; 4) Τι εσωτερική αντίσταση πρέπει να έχει ενα αµπερόµετρο τι ενα βολτόµετρο και γιατί; 5) Γιατί πήρατε µετρήσεις µε νερό, ενώ σας ενδιέφερε η ειδική θερµότητα του άγνωστου υγρού; 98

Με βάση την παραδοχή αυτή, να υπολογισθούν τα σφάλµατα: δu 1 =± Volt και δi 1 =± A (δείτε, πρώτα, σε πόσα Volt ή σε πόσα Ampere αντιστοιχεί κάθε υποδιαίρεση των πολυµέτρων) 10) Να χαραχθεί η ευθεία θ

5 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1). Μεντζαφός. Ειδικά Κεφάλαια Φυσικής Για Φοιτητές Των Γεωπονικων Επιστηµων. Εκδόσεις Σταµούλης Αθήνα ). Μεντζαφός Α. Χούντας. Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικής. Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών. Αθήνα

Επιστηµων. Εκδόσεις Σταµούλης Αθήνα 1997. ).

Σχετικά έγγραφα

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΙΔΙΚΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΥΓΡΟΥ

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΙΔΙΚΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΥΓΡΟΥ ΑΣΚΗΣΗ 13 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΙΔΙΚΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΥΓΡΟΥ ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ 1.1. Εσωτερική ενέργεια Γνωρίζουμε ότι τα μόρια των αερίων κινούνται άτακτα και προς όλες τις διευθύνσεις με ταχύτητες,