Значения теплоемкостей веществ необходимы, например, при расчетах энергетического баланса производственных процессов, который наряду с материальным балансом лежит в основе оценки экономичности производства.
В данной работе предложена схема простейшей установки, которая может быть использована для определения теплоемкостей жидкостей, в частности, при организации лабораторного практикума на факультативных и элективных курсах в школе, и оценить ее эффективность на примере определения удельной теплоемкости ацетона и гексана.
Схема установки представлена на рисунке: калориметрический стакана (стеклянный стакан с изотермической оболочкой (например, из пенопласта) с крышкой из пенопласта), установленный на магнитную мешалку, нагреватель – кипятильник (обеспечивающий нагревание жидкости на 0,2-0,30С /мин), соединенный с выпрямителем тока со стабилизированным напряжением и амперметром, термометр Бекмана.
Реактивы: ацетон, гексан; вода дист.
Ход работы: 1. Определение водяного числа.
Водяным числом СВ называют количество теплоты, необходимое для нагревания калориметра без жидкости на 10С.
Схема установки, которая может быть использована для определения теплоемкостей жидкостей
В калориметрический стакан наливается 300+0.02 г дист. воды и в него помещается нагреватель. Когда температура станет постоянной, одновременно включается собранная цепь, магнитная мешалка, секундомер и измеряется время, в течение которого температура поднимается на 10С. Опыт повторяется 3 раза. Результаты измерений представлены в таблице 1.
– водяное число;
; 
СР = 4,18 Дж/г*К (при комн. темп. 250С) – изобарная удельная теплоемкость воды.
Таблица 1
Результаты измерений при определении водяного числа СВ
|
№ |
I,А |
U,В |
ΔT,К |
Время, t, сек |
СК.В., Дж/К |
Водяное число, СВ, Дж/К |
ΔСВ, Дж/К |
|
1 |
0,37 |
30 |
1 |
174,0 |
1931 |
677 |
33 |
|
2 |
180,0 |
1998 |
744 |
34 |
|||
|
3 |
176,8 |
1963 |
709 |
1 |
|||
|
Ср. знач.: |
176,9 |
1964 |
710 |
23 |
|||
– теплоемкость калориметра с водой
2. Определение теплоемкости ацетона и гексана
В стакан наливается 300+0,02 г исследуемой жидкости и измеряется изменение температуры за время, полученное в п.1 (t=176,9 сек). Результаты измерений представлены в табл. 2.
Дж/г*К;
Дж/г*К;
– теплоемкость калориметра
с исследуемой жидкостью
– изобарная удельная теплоемкость
исследуемой жидкости
Таблица 2
Результаты измерений при определении теплоемкости ацетона и гексана
|
№ |
I,А |
U,В |
t, сек |
Ацетон |
Гексан |
||||
|
ΔT,К |
СК.Ж., Дж/К |
СР.Ж. ацет, Дж/г*К |
ΔT,К |
СК.Ж., Дж/К |
СР.Ж. гекс, Дж/г*К |
||||
|
1 |
0,37 |
30 |
176,9 |
1,80 |
1090,88 |
1,27 |
1,57 |
1250,69 |
1,80 |
|
2 |
1,69 |
1161,89 |
1,51 |
1,62 |
1212,09 |
1,67 |
|||
|
3 |
1,74 |
1128,50 |
1,40 |
1,72 |
1141,62 |
1,44 |
|||
|
Ср. знач.: |
1,74 |
1127,09 |
1,39 |
1,64 |
1201,47 |
1,64 |
|||
2. Оценка погрешностей.
– оценка погрешности приборов
Погрешности в измерениях :
; 
;
; 
Вода: 
Ацетон: 
; ε=7,7%
Гексан: 
; ε=1,2%
Несмотря на значительную погрешность приборов (9,1-9,5%) экспериментальные данные близки к справочным. Т.о., можно сделать вывод, что предложенная установка пригодна для использования при обучении химии.