Количество теплоты и
теплоемкость
Цель работы: показать возможность и способы измерения
количества теплоты и удельной теплоемкости вещества.
Оборудование и материалы: пробирка - 2 шт.,
металлические образцы - 2 шт., химический стакан с горячей
водой, спирт, масло, компьютерный измерительный блок, датчик
температуры (0-120 С) - 2 шт., штатив демонстрационный, рабочее
поле со стержнями, плата с зажимами — 2 шт.
В настоящем эксперименте отрабатывается элемент учебной
программы: «Единицы количества теплоты и понятие удельной
теплоемкости вещества». Понятие количества теплоты является
ключевым в разделе «Тепловые явления», поэтому необходимо в
эксперименте подчеркнуть разницу в понятиях температуры и
количества теплоты. Согласно методическим рекомендациям у
учащихся необходимо сформировать представление о количестве
теплоты как о физической величине, которую можно измерить. Для
этого предполагается провести ряд простых опытов.
Порядок проведения
экспериментов.
Установку собирают, как показано на рисунке 1.1, при этом
удобно пробирки закрепить на датчиках температуры с помощью
специальных пробок из пористого полиэтилена. Датчики температуры
подключаются к разъему 1 и разъему 2, которые находятся на
лицевой поверхности блока.
Опыт 1.
В этом опыте показывают, что от разных источников можно получить
разное количество теплоты. Для этого в обе пробирки наливают
одинаковое количество воды и опускают туда датчики температуры.
Одну пробирку помещают над пламенем горелки (спиртовки, свечи),
другую опускают в сосуд с горячей водой. На экране монитора
отчетливо видно, что скорость нагрева воды в пробирках
существенно различается, что говорит о разных количествах
теплоты, полученных от разных источников нагрева.
Опыт 2.
В этом опыте показывают, что при одинаковых условиях нагрева
разные количества воды нагреваются до разных температур. Для
этого в пробирки наливают разные пор¬ции воды, после чего их
погружают в горячую воду на одинаковую глубину (глубина
погружения должна быть чуть меньше чем уровень воды в пробирке с
минимальным количеством воды). На экране монитора видно, что
температура быстрее меняется в начальное время в той пробирке,
где воды меньше. Через некоторое время (15-30 с) пробирки
вынимают из воды и слегка встряхивают, чтобы перемешать воду.
Разница в температурах доказывает, что одинаковое количество
энергии, полученное от горячей воды нагревает разные количества
воды до разной температуры.

Опыт 3.
В настоящем опыте к одинаковым массам спирта и воды, находящимся
при комнатной температуре добавляют одинаковый объем (массу)
горячей воды. Регистрируется начальная температура воды и спирта
и температура после перемешивания. По наличию разницы
температуры смеси делается вывод о различии теплоемкости
исходных веществ.
Опыт 4.
Для исключения возможных причин погрешностей в предыдущем
эксперименте порцию энергии в исследуемую жидкость можно внести
с помощью нагретого металлического образца. Для этой цели в
горячей воде предварительно нагревают два груза одинаковой формы
и состава (соответственно одной массы), которые затем погружают
в пробирки со спиртом и водой. На экране монитора через
несколько минут регистрируют результирующую температуру. В
спирте она оказывается несколько выше, чем в воде, что
подтверждает вывод о том, что теплоемкость воды больше, чем
теплоемкость спирта.
|