Лабораторная работа №9 Измерение температуры кристаллизации и удельной теплоты плавления вещества.

Лабораторная работа №9
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:

Q_κp = 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:

(2)

где t_κp — время кристаллизации; Q_охл — количество теплоты, отданное телом при охлаждении до температуры кристаллизации; t_охл — время, в течение которого тело остывало до начала кристаллизации. Причём

(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 

 Отсюда

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

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

Подготовка к работе

1. Ответьте на следующие 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?

2. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений.

Таблица для записи результатов измерений и вычислений

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 Δt_охл, в течение которого расплавленный парафин остывал до начала кристаллизации, а также время Δt_κp, 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 λ_табл парафина.

9. Определите относительную погрешность измерения ε по формуле: