Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Измерение малых теплоемкостей является сложной задачей. При погружении тела с небольшой теплоемкостью
В данной работе вам предлагается необычная методика измерения теплоемкости небольшого тела, внимательно разберитесь с теоретическим описанием этой методики (мы вам поможем!).
1.1 Измерьте температуру воздуха в комнате
Убедись, что термометр не дует и не нагревается от рук; выбери место подальше от источников тепла. Подумай, как получить устойчивое значение температуры воздуха.
Измерь температуру несколько раз и найди среднее и случайную погрешность измерений (повторные показания и стандартное отклонение/погрешность среднего).
- Размести термометр в комнате в выбранной точке и подожди установления показаний.
- Сделай не менее трёх независимых замеров через равные интервалы времени.
- Вычисли среднее значение и оценку погрешности (стандартную ошибку среднего).
- Вырази
и её погрешность из полученных измерений.
1.1 Температура воздуха в комнате равна
1.2 В центре крышки стакана проделайте небольшое отверстие для термометра, так чтобы он устойчиво стоял в стакане. Проделайте также в крышке отверстие для опускания исследуемого тела (для второй части работы). Залейте в стакан 200 г горячей воды (ее температура должна быть около
Теоретические подсказки.
Мощность тепловых потерь в окружающую среду пропорциональна разности температур воды
где
Решением уравнения (1) является функция
где
Нарисуй схему установки: стакан с крышкой, отверстия для термометра и для тела, положение термометра в воде. Подумай, где именно термометр измеряет температуру воды.
Учти, что потери тепла пропорциональны разности температур; для малого шага времени баланс даёт уравнение вида
- Отмерь и запиши массу воды
(200 г) и начальную температуру воды сразу после наливания. - Подготовь крышку с отверстиями так, чтобы термометр устойчиво стоял и минимизировал конвекцию через щели.
- Запусти секундомер и записывай
через удобные интервалы времени до заметного остывания (составь таблицу). - Для каждого измерения вычисли
и подготовь данные для анализа: выразите из полученной системы.
1.2 Результаты измерения зависимости температуры воды в стакане приведены в Таблице 1. График зависимости показан на рис.1 (хотя по условию задачи его построение не требуется)
Таблица 1.
| 48 | 0 | 3,47 |
| 47 | 78 | 3,43 |
| 46 | 176 | 3,40 |
| 45 | 289 | 3,37 |
| 44 | 405 | 3,33 |
| 43 | 536 | 3,30 |
| 42 | 620 | 3,26 |
| 41 | 823 | 3,22 |
| 40 | 981 | 3,18 |
Для определения коэффициента теплоотдачи следует построить зависимость логарифма разности температур воды и окружающего воздуха от времени. Из формулы (2) условия задачи следует, что эта зависимость имеет вид
поэтому является линейной.
На рис. 2 показан график этой зависимости, построенный по экспериментальным данным. Экспериментальные данные подтверждают теоретическую зависимость. По МНК можно найти коэффициент наклона графика, который оказался равным
С погрешностью
1.3 Используя полученные экспериментальные данные, докажите применимость формулы (2) в данном случае. Рассчитайте значение коэффициента теплоотдачи
Проверь экспериментально: является ли зависимость логарифма разности температур от времени линейной? Построй график и посмотри на остатки.
Используй линейную аппроксимацию (МНК) для зависимости
- Вычисли для каждого пункта таблицы значение
и построй график против . - Применяй МНК, получи наклон линии
и его неопределённость . - Проверь адекватность линейной модели по остаткам и по согласованности с экспериментальными погрешностями.
- Выразите
из полученной системы (по найденному наклону) и укажи её погрешность.
2.1 Проведите измерения зависимости температуры воды в стакане, при неоднократном опускании охлажденного тела в стакан.
Рекомендуем следующую методику измерений: Залейте в стакан с крышкой и термометром горячую воду. Опустите в стакан охлажденное до комнатной температуры исследуемое тело, через 30 секунд извлеките его и поместите на следующих 30 секунд в холодную воду, находящуюся при комнатной температуре. После этого опять опустите охлажденное тело в сосуд горячей водой на 30 секунд, затем на 30 секунд в холодную воду и так далее... При этом фиксируйте времена при которых температура воды уменьшается на 1 градус. Будьте внимательны: вам необходимо следить за временами перемещения тела из сосуда в сосуд и за временем остывания воды. При таких измерениях промежуток времени
Вспомни протокол: поочерёдно опускай охладившееся тело на 30 с в тёплую воду и 30 с в холодную; фиксируй времена падения температуры воды на 1 °C. Следи за синхронизацией перемещений и таймера.
При таком режиме средняя мощность передачи тепла телу равна
- Проведи серию погружений по протоколу и записывай времена, когда температура воды уменьшается на 1 °C; составь таблицу
. - Убедись, что промежуток цикла
равен заданным 60 с и зафиксирован. - Для каждого момента вычисли
и подготовь данные для аппроксимации. - Выразите величину обновлённого параметра (обозначь его
) из полученной системы.
2.2 Используя полученные экспериментальные данные, проверьте применимость решения уравнения (5) в описанном эксперименте.
2.3 Рассчитайте значение теплоемкости исследуемого тела.
Похожие задачи
Изучение теплового расширения
В данной работе вам необходимо исследовать законы теплового расширения воды и воздуха.
Плотность воды при комнатной температуре считайте равной …
Терморезистор
Приборы и оборудование: терморезистор, термометр, мультиметр, секундомер, штатив, горячая и холодная вода в стаканах, алюминиевый …
У Р Б П ≈4/5 Э1
Теплота и электричество
Мощность теплопотерь системы тел прямо пропорциональна разности температур системы тел и окружающей среды
Измерение длины струи
Расположите линейку на банке так, чтобы можно было измерять горизонтальную длину струи. Линейка должна располагаться на 2 - 3 см ниже отверстия. …
У Р Б П ≈4/5 Э2
Экспериментальная задача 10-2
Вам необходимо исследовать процесс теплопередачи по
металлическим стержням и трубке, заполненной водой. В качестве
источника тепла используйте пламя …
Джинн в бутылке
Джинн – дух в арабской мифологии
(не путать с напитком – джин (пишется с одной -н-).
Оборудование: Комплект для изучения газовых законов (шприц …