№11 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ПЛАВЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
опыты и эксперименты по физике

№11 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ПЛАВЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Цель работы: Освоить метод измерения температуры кристаллизации и удельной теплоты плавления по графику зависимости температуры от времени при отвердевании кристаллического вещества.

Оборудование: Пробирка с парафином из набора «Кристаллизация», термометр лабораторный, стакан с горячей водой, секундомер, штатив.

Необходимые сведения

Удельной теплотой плавления λ называют отношение количества теплоты, полученного телом при плавлении Q, к массе вещества m.

В процессе кристаллизации вещества, это же количество теплоты будет отдано окружающим телам:

Qκp = λm (1)

При охлаждении расплавленного вещества его температура постепенно понижается до температуры кристаллизации, затем, пока происходит кристаллизация, она не изменяется, а затем опять понижается.

Если условия охлаждения не меняются, то тепловая мощность р, или скорость теплообмена (количество теплоты Q, отдаваемое за единицу времени t при теплообмене: р = Q / t), остаётся постоянной и не зависит от того, в каком агрегатном состоянии находится тело. Иначе говоря, можно записать:

p = Qкр/tкр = Qохл/tохл (2)

где tκp — время кристаллизации; Qохл — количество теплоты, отданное телом при охлаждении до температуры кристаллизации; tохл — время, в течение которого тело остывало до начала кристаллизации. Причём

Qохл = cmΔT (3)

где с — удельная теплоёмкость расплавленного вещества; m — масса вещества; ΔT — изменение температуры вещества до начала кристаллизации.

На основе равенства (2) можно получить метод измерения удельной теплоты плавления λ вещества. Подставляя в равенство (2) выражения (1) и (3) и сокращая на m, запишем λ/tкр = (сΔT)/tохл . Отсюда

λ = ( tкр сΔT)/ tохл (4)

Итак, для определения λ при постоянной скорости теплообмена достаточно знать изменение температуры вещества до начала кристаллизации ΔT, время, в течение которого она менялась, toxл и время, в течение которого происходила кристаллизация, tкр.

Эти данные можно получить, построив график изменения температуры остывающего расплавленного вещества от времени. Кроме того, потребуется значение удельной теплоёмкости расплавленного вещества из справочника.

Порядок выполнения работы

1.Поместите пробирку с парафином в воду с температурой 70— 75 °C и подождите, пока всё вещество не расплавится.

2.Внесите в расплавленное вещество термометр. Измерьте температуру парафина и начните отсчёт времени. Записывайте показания термометра T через каждые 1 мин, пока температура не понизится до 50 °C.

3.Постройте график зависимости температуры остывающего расплавленного парафина от времени.

4.Определите по графику время Δtохл, в течение которого расплавленный парафин остывал до начала кристаллизации, а также время Δtκp, на протяжении которого происходил процесс кристаллизации.

5.Найдите по графику температуру кристаллизации парафина.

6.Определите изменение температуры вещества ΔT с момента начала измерений до начала кристаллизации.

7.Вычислите по формуле (4) удельную теплоту плавления парафина λ. Удельная теплоёмкость парафина с в жидком состоянии составляет 2500 Дж/(кг • °C).

8.Используя справочные данные, запишите значение удельной теплоты плавления λтабл парафина.

9.Определите относительную погрешность измерения ε по формуле:

 Содержание отчета.

Отчёт должен содержать:

1.  Название работы
2.  Цель работы
3.  Перечень используемого оборудования
4.  Задание
5.  Таблица с результатами измерений и вычислений
6.  Ответы на контрольные вопросы:

• Как по виду графика зависимости температуры от времени доказать, что процесс охлаждения и кристаллизации происходил при постоянной скорости теплообмена с окружающей средой?
• Как по виду этого графика определить температуру кристаллизации вещества?
• Подготовьте таблицу для записи результатов измерений.