Γενικό Εργαστήριο Φυσικής

Transcript

1 Γενικό Εργαστήριο Φυσικής

2

3 Σκοπός της άσκησης είναι να βρούμε πειραματικά την ειδική θερμότητα διαφορών υλικών K dq dt c 1 m dq dt K mc Θερμοχωρητικότητα K (J/K) ενός σώματος ονομάζεται το πηλίκο του ποσού θερμότητας dq που προσφέρουμε σε ένα σώμα για να προκαλέσουμε μεταβολή της θερμοκρασίας του κατά dt προς τη μεταβολή dt. Ειδκή θερμότητα c (J/kg. K) ενός υλικού ονομάζεται η θερμοχωρητικότητα ανά μονάδα μάζας.

4 1. Σύστημα 1:Σύστημα υπό μελέτη 2. Σύστημα 2: εξαμενή Θερμότητας 3. Θερμόμετρο 4. Χώρος σταθερής Θερμοκρασίας Ονομάζουμε 1. θ δ τη θερμοκρασία που έχει η δεξαμενή θερμότητας 2. θ τη θερμοκρασία του συστήματος 3. Θ=θ-θ δ θ > θ δ Μεταφορά θερμότητας από το σύστημα 1 στο σύστημα 2 μέχρι να επιτευχθεί κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας όπου θα είναι θ=θ δ και Θ=0

5 ΝΟΜΟΣ ΨΥΞΗΣ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ Όταν ένα σώμα έρχεται σε αλληλεπίδραση με περιβάλλον σταθερής θερμοκρασίας και η θερμοκρασία του διαφέρει κατά Θ από αυτήν του περιβάλλοντος, τότε η ταχύτητα με την οποία μεταφέρεται θερμότητα από το σώμα στο περιβάλλον είναι ανάλογη της Θ. dq/dt=-λθ e m c t 1 1m2c2 ουσία 1: το δοχείο αλουμινίου, ουσία 2: το περιεχόμενο (νερό, γλυκερίνη, Pb) για μικρές διαφορές χρόνου (θ 2 -θ 1 )/ t=-[λ /m 1 c 1 +m 2 c 2 )](θ 2 +θ 1-2θ δ )/2 t=0 Θ=Θ ο Κ=m 1 c 1 +m 2 c 2 Θ=θ-θ δ λ: σταθερά, εξαρτάται από το πόσο συνεισφέρει ο κάθε τρόπος μετάδοσης θερμότητας, από τη γεωμετρία και τη φύση των σωμάτων και του περιβάλλοντος

6 1. οχείο αλουμινίου Σύστημα 2. Ουσία υπό μελέτη προς μελέτη Κ=m 1c 1 +m 2 c 2 3. Θερμόμετρο 4. εξαμενή θερμότητας Κ δ >>Κ 5. Χώρος σταθερής θερμοκρασίας

7 Πειραματική ιαδικασία Μέτρηση θερμοκρασίας δεξαμενής θερμότητας θ δ Μέτρηση μαζών m 1, m 2 Θέρμανση συστήματος μέχρι τους 90 ο C Καταγραφή ψύξης μέχρι 50 ο C Υπολογισμοί Πείραμα α). λ Πείραμα β). c Ρb Πείραμα γ). c γλυκερίνης για 4 ζευγάρια θερμοκρασιών ~80, 70, 60, 55 ο C m 1 +m 2 Επεξεργασία Τοποθέτηση 15 πειραματικών σημείων σε κατάλληλο χαρτί. Υπολογισμός ευθείας ελαχίστων τετραγώνων. Υπολογισμός σχετικών μεγεθών.

8 Το ψηφιακό πολύμετρο Το ψηφιακό πολύμετρο που χρησιμοποιείται στην άσκηση έχει την δυνατότητα μέτρησης των ηλεκτρικών μεγεθών τα οποία φαίνονται στις αντίστοιχες θέσεις λειτουργίας του περιστροφικού επιλογέα, δηλαδή τάση (V), ρεύμα (ma, A), αντίσταση (Ω), χωρητικότητα (CAP), καθώς και συχνότητα (Hz) και θερμοκρασία ( C). 1.Οθόνη 2.Περιστροφικός επιλογέας 3.Θέση επιλογέα για την μέτρηση θερμοκρασίας 4.Αρνητικός ακροδέκτης εισόδου (γείωση) 5.Θετικός ακροδέκτης εισόδου 6.Διακόπτης σειριακής εξόδου προς υπολογιστή OFF V CAP SEL RAN/Hz REL C Hz ON OFF RS232 ma A

9 Πλήκτρα ενεργοποίησης και απενεργοποίησης λειτουργιών: Επικοινωνία με το πολύμετρο Εμφάνιση ψηφιακής ένδειξης Εμφάνιση αναλογικής ένδειξης Εμφάνιση πίνακα δεδομένων Εμφάνιση γραφικής παράστασης Έναρξη καταγραφής μετρήσεων Επιλογή συνεχούς καταγραφής Όριο συνολικού χρόνου καταγραφής Χρόνος ανά μέτρηση (ρ υθμός) Επιλογή ρυθμίσεων καταγραφής Κάθε φορά που πατάτε Begin ο πίνακας δεδομένων αδειάζει και οι προηγούμενες μετρήσεις σας χάνονται. Άρα βεβαιωθείτε ότι έχετε αποθηκεύσει ταυπάρχονταδεδομένασαςπρινπατήσετε Begin!

10 θ δ = o C Δοχείο αλουμινίου: m 1 =. kgr, c 1 =895 J/ kgr K Απεσταγμένο νερό: m 2 =. kgr, c 2 =4186 J/ kgr K Πείραμα 1 ο Απεσταγμένο νερό Υπολογισμός λ (θ 2 -θ 1 )/ t=-[λ /(m 1 c 1 +m 2 c 2 )](θ 2 +θ 1-2θ δ )/2 t 1 (sec) t 2 (sec) θ 1 ( o C) θ 2 ( o C) λ (J/K. s) Ο ρυθμός καταγραφής μετρήσεων μέσωτουχρόνουμεταξύδιαδοχικών μετρήσεων Sample Interval: 10 s M.O.=

11 Πείραμα 2 ο Γλυκερίνη Υπολογισμός θ δ = o C, λ=. J/K. s c γλυκερίνης Δοχείο αλουμινίου: m 1 =. kgr, c 1 =895 J/ kg. K Γλυκερίνη : m 2 =. kgr, c 2 =. J/ kg. K (Βιβλιογραφία: c γλυκερίνης =2381 J/ kgr K, 25 ο C) (θ 2 -θ 1 )/ t=-[λ /(m 1 c 1 +m 2 c 2 )](θ 2 +θ 1-2θ δ )/2 t 1 (sec) t 2 (sec) θ 1 ( o C) θ 2 ( o C) c 2 (J/kg. K) Ο ρυθμός καταγραφής μετρήσεων μέσωτουχρόνουμεταξύδιαδοχικών μετρήσεων Sample Interval: 10 s M.O.=

12 Πείραμα 3 ο Μόλυβδος Υπολογισμός θ δ = o C, λ=. J/K. s c μολύβδου Δοχείο αλουμινίου: m 1 =. kgr, c 1 =895 J/ kg. K Μόλυβδος : m 2 =. kgr, c 2 =. J/ kg. K (Βιβλιογραφία: c μόλυβδος =130 J/ kgr K, 25 ο C) (θ 2 -θ 1 )/ t=-[λ /(m 1 c 1 +m 2 c 2 )](θ 2 +θ 1-2θ δ )/2 t 1 (sec) t 2 (sec) θ 1 ( o C) θ 2 ( o C) c 2 (J/kg. K) Ο ρυθμός καταγραφής μετρήσεων μέσωτουχρόνουμεταξύδιαδοχικών μετρήσεων Sample Interval: 5 s M.O.=

13 Πειραματική ιαδικασία Μέτρηση θερμοκρασίας δεξαμενής θερμότητας θ δ Μέτρηση μαζών m 1, m 2 Θέρμανση συστήματος μέχρι τους 90 ο C Καταγραφή ψύξης μέχρι 50 ο C Υπολογισμοί Πείραμα 1). λ Πείραμα 2). C γλυκερίνης Πείραμα 3). c Ρb για 4 ζευγάρια θερμοκρασιών ~80, 70, 60, 55 ο C Επεξεργασία Τοποθέτηση 15 πειραματικών σημείων σε κατάλληλο χαρτί. Υπολογισμός ευθείας ελαχίστων τετραγώνων. Υπολογισμός σχετικών μεγεθών.

14 Γενικό Εργαστήριο Φυσικής