Материал: Шилов Лабораторный практикум курса обсчей физики Разделы 2012
Если хотя бы один из пунктов А или Б не выполнен, то обратитесь к лаборанту, вам сменят воду в стакане 2.
Если пункты А и Б выполнены, то нужно перейти к следующему пункту.
В. Убедитесь в том, что кран 5 перекрыт: ручка крана перпендикулярна стеклянной трубке, в которую он впаян. Если кран открыт, то закройте кран: осторожно поверните ручку крана в перпендикулярное к трубке положение.
После выполнения пунктов А, Б и С установка готова к работе. 2. Приступайте к работе. Подайте напряжение на установку,
включив «пакетник».
А. Сначала включите форвакуумный насос, потом откройте кран 5, после чего поворотом левой ручки на пульте 8 включите нагрев воды в стакане 2, установив среднюю скорость нагрева. Правой ручкой на пульте 8 включите «мешалку», установив среднюю скорость ее вращения.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.13.1 |
|||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
4 |
|
|
5 |
6 |
|
|
7 |
|
|
||
№ |
o |
T, K |
1000 |
1 |
P, делений по |
5 |
|
ln |
( |
P |
) |
|
|
|
t, C |
|
|
|
|
|
|
||||||
п/п |
T |
, K |
шкале манометра |
P,10 |
Па |
|
|
|
|||||
140
245
350
455
560
665
770
875
980
10 85
Б. Следите за ростом температуры воды в колбе 3. Для десяти значений температуры, указанных во втором столбце табл. 2.13.1, запишите показания манометра (в делениях его шкалы) в пятом столбце. Если прозевали указанное во втором столбце значение температуры, то зачеркните его, напишите рядом то значение температуры, для которого успели определить давление, и запишите в
146
пятый столбец это значение давления. Вычисления, необходимые для заполнения третьего, четвертого, шестого и седьмого столбцов, могут быть выполнены вне лаборатории при оформлении работы.
В. По окончании измерений последовательно выключите: «мешалку»; нагреватель; форвакуумный насос. Обесточьте установку, выключив «пакетник». Откройте кран 5 и оставьте установку остывать в таком виде.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
1.Постройте график зависимости давления насыщенного водяного пара Р от его абсолютной (в кельвинах) температуры Т.
2.Постройте график зависимости ln (P) от 103
T . Определите
(с учетом масштаба по осям) угловой коэффициент k получившейся прямой. Найдите k либо проведя по экспериментальным точкам прямую «на глазок», либо методом парных точек, либо методом наименьших квадратов.
3.Вычислите молярную и удельную теплоты парообразования Q = R·k (где k – определенный в предыдущем пункте угловой коэффициент прямой) и q = Q/M.
4.По формуле (2.13.11) вычислите внешнюю теплоту парообразования Q2. Вычислите внутреннюю теплоту парообразования
Q1 = Q – Q2 и их отношение α = Q1/Q2.
5. Оцените по графику (по разбросу экспериментальных точек относительно проведенной прямой) абсолютную Q и относительную δQ погрешности определения Q.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Что такое насыщенный пар?
2.Сформулируйте условия термодинамического равновесия жидкости и ее пара.
3.Что называется теплотой парообразования?
4.В чем заключается различие между внешней и внутренней теплотой парообразования?
5.Как изменяется теплота парообразования с ростом температу-
ры?
147
6.Что такое критическая температура?
7.Чему равна критическая температура воды?
8.Чему равна теплота парообразования при критической температуре?
9.Возможно ли изотермическое испарение некоторой массы жидкости без подвода тепла извне?
10.Удельная теплота парообразования воды в 10 раз превышает удельную теплоту парообразования бензина. Чем это объяснить?
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. Механика. Молекулярная физика. М.: Наука. Главная редакция физикоматематической литературы, 1982.
2.Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2004.
Дополнительная
1.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика. М.: Наука. Главная редакция физикоматематической литературы, 1975.
2.Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. М.: Физматгиз, 1976.
148
Работа 2.14
ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ ЖИДКОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ПАРООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Цель: определение теплоты парообразования воды, используя полученную в работе зависимость давления насыщенных паров от температуры в интервале температур 100 ÷250 .
Оборудование: прочный герметичный сосуд с водой, манометр, термометр, электронагреватель.
Теоретическое введение изучите по описанию работы 2.13.
|
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ |
|
|
Установка очень проста, вся она |
|
||
показана на рис. 2.14.1: 1 –манометр |
|
||
(проградуирован в барах: 1 бар со- |
|
||
ставляет 105 Па, поэтому никакие |
|
||
дополнительные градуировки и пе- |
|
||
ресчеты не требуются, например 24 |
|
||
по шкале это 24·105 Па); 2 – сталь- |
|
||
ной цилиндр, частично заполненный |
|
||
водой, давление пара которой пока- |
|
||
зывает манометр 1; 3 – термометр с |
|
||
верхним |
пределом |
измерений в |
|
250 °С |
(превышать |
это значение |
|
температуры в процессе работы ка- |
|
||
тегорически не следует – термометр |
|
||
погибнет безвозвратно); 4 – керами- |
|
||
ческий нагреватель (в процессе ра- |
|
||
боты нагревается «до красна» – тро- |
|
||
гать пальцами для проверки: работа- |
|
||
ет или не работает − настоятельно не |
Рис. 2.14.1 |
||
|
|
149 |
|
рекомендуется); 5 – блок питания нагревателя с кнопкой его включения/выключения: если нагреватель включен, то кнопка светится.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Перед началом работы необходимо выполнить ряд действий.
1.Убедиться в том, что нагреватель выключен, температура (по термометру 3) ниже 50 град. и стрелка манометра стоит практически точно на нуле.
2.Приступить к работе. Подать напряжение на установку, включив «пакетник».
А. Приготовить таблицу для записи результатов измерений
(табл. 2.14.1).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.14.1 |
||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
6 |
|
7 |
||
№ п/п |
P,105 Па |
t, C |
T , K |
1000 |
, |
1 |
|
ln (P) |
|
|
|
T |
K |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б. Включить нагреватель. Измерения следует начинать, когда стрелка манометра достигнет единицы (первое деление на шкале). При достижении стрелкой манометра выбранного вами деления сразу посмотрите на термометр и запишите соответствующую температуру. Учтите, что стрелка движется довольно быстро: не следует опаздывать с определением температуры. Необходимо сделать не менее десяти измерений, как показано в табл. 2.14.1. Записывайте давление в единицах шкалы манометра и температуру по термометру в градусах шкалы Цельсия. Остальные требуемые вычисления можно выполнить при оформлении работы вне лаборатории.
Внимание! При достижении температуры в 250 °С немедленно выключите нагреватель.
150