Измерение удельной теплоёмкости металлического цилиндра

cц·mц·(Tц₀ − T) = cв·mв·(T − Tв₀)

Цель работы

Определить удельную теплоёмкость неизвестного металлического цилиндра.

Теоретические сведения

Количество теплоты

При нагревании или охлаждении без фазового перехода количество теплоты связано с изменением температуры:

Q = c \cdot m \cdot Δ T

$Q$ — полученное телом количество теплоты (Дж);
$c$ — удельная теплоёмкость (Дж/(кг·°C));
$m$ — масса тела (кг);
$Δ T$ — изменение температуры (°C).

Удельная теплоёмкость показывает, сколько теплоты нужно для нагревания одного килограмма вещества на один градус.

Тепловой баланс

Горячий цилиндр передаёт энергию более холодной воде. В изолированном сосуде, если его собственной теплоёмкостью пренебречь, при достижении общей температуры $T$ :

c_{ц} \cdot m_{ц} \cdot (T_{ц 0} - T) = c_{в} \cdot m_{в} \cdot (T - T_{в 0})

Индексы «ц» и «в» обозначают цилиндр и воду, индекс 0 — начальное состояние. Левая часть выражает положительную величину отданной теплоты, правая — полученной водой.

Определение неизвестной теплоёмкости

Удельную теплоёмкость цилиндра находят из измеренных масс, начальных температур и температуры равновесия:

c_{ц} = \frac{c _{в} \cdot m _{в} \cdot ( T - T _{в 0} )}{m _{ц} \cdot ( T _{ц 0} - T )}

Для воды принимают $c_{в} = 4200 Дж /(кг \cdot^{\circ} C)$ . Тепловые потери должны быть пренебрежимо малы, температуры внутри каждого тела — однородны. Температуру $T$ используют только после сближения показаний обоих термометров; начальные температуры должны различаться.

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Выберите изолированный сосуд, образец A, воду 0,25 кг при 20 °C и цилиндр 0,2 кг при 80 °C. Запишите массы и начальные температуры.
Запустите погружение. Наблюдайте до сближения температур; запишите установившуюся температуру. Если различие ещё заметно, увеличьте время нового опыта.
Составьте тепловой баланс и определите удельную теплоёмкость цилиндра. Повторите при другой массе воды и сравните результаты.
Сформулируйте вывод по измерениям: укажите результат, сохранённые условия и ограничения модели.

Эксперимент

Таблица измерений

Записей: 0

Результаты измерений эксперимента
№	t, с	mв, кг	mц, кг	tв, °C	tц, °C	№	Действия

Пока нет измерений

Нажмите «Измерить» в эксперименте.

График

Ось XОсь Y₁Ось Y₂Вид графика

График появится после измерений

Ответ

Для образца A в изолированном сосуде измерьте начальные температуры воды и цилиндра и повторите измерение обеих температур через 600 с. По теплоте, полученной водой, найдите удельную теплоёмкость цилиндра. Ответ в Дж/(кг·°C), округлите до десятков.

Вопрос для размышления

Как изменится найденное значение, если сосуд начнёт заметно отдавать тепло комнате, а потери не учесть?