Legea lui Joule și transferul de căldură Nume: ________________________

Echivalentul lui A. Joule al căldurii

Scop: Măsurarea echivalentului căldurii Joule prin metoda electrică.

Aparat: PC și interfață, senzor de temperatură, bobină de încălzire, sursă de energie (transformator), calorimetru: sacou și cupă, apă rece (o C), gheață, balanță, multi-metri digitali (2) și fire de conectare la banane 5 ).

Teorie: Vom folosi energia electrică pentru a încălzi o anumită cantitate de apă rece. Energia electrică se măsoară în Jouli, iar căldura se măsoară în calorii. În această activitate vom analiza o versiune a experimentului lui Joule, care oferă o relație între calorii și Joule.

Pentru a face acest lucru, trebuie să măsurăm cantitatea de energie electrică pe care o furnizăm și cantitatea de energie termică pe care o câștigă apa, cupa calorimetrică și încălzitorul. Neglijând pierderile de căldură din cameră, am putea găsi relația dintre calorii și Joule.

Energia electrică, E este dată de: E = I V t;

unde I = curent, V = tensiune și t = timp.

Energia termică sau căldura câștigată, Q este dată de: Q = MwCwΔT + McCcΔT + MhChΔT;

unde Mw este masa apei, Cw este căldura specifică a apei, Mc este masa cupei calorimetrice, Cc este căldura specifică a cupei calorimetrice, Mh este masa încălzitorului, Ch este căldura specifică a încălzitor, iar ΔT este schimbarea temperaturii.

Echivalentul lui Joule al căldurii, J este dat de; J = E/Q.

Pentru a măsura curentul și tensiunea, trebuie să configurăm următorul circuit:

joule

1. În timp ce cablul de alimentare al transformatorului este deconectat, conectați transformatorul, ampermetrul (DMM-1) și încălzitorul într-un circuit de serie.

2. Conectați voltmetrul (DMM-2) peste încălzitor.

3. Setați DMM-1 pentru a măsura curentul alternativ în intervalul 10-A și setați DMM-2 pentru a măsura tensiunea alternativă în intervalul 20-V.

4. Sunați instructorul pentru a verifica construcția circuitului.

5. Găsiți masa cupei calorimetrice și umpleți-o cu apă rece (sub 20 grade C) aproximativ 4/5 plină și găsiți masa cupei cu apă.

6. Așezați cupa calorimetrică în interiorul sacoului, introduceți bobina încălzitorului în apă și scufundați senzorul de temperatură în apă, așa cum se arată mai jos.

7. Deschideți DataStudio, selectați „Deschideți activitatea”, selectați „Bibliotecă”, selectați „folderul Physics Labs” și selectați „P16-Temperatură și căldură”. Faceți clic pe afișajul cifrelor și faceți clic pe Start.

8. Conectați alimentarea și amestecați ușor apa cu senzorul de temperatură.

9. Când temperatura atinge 20 o C, computerul va începe să colecteze datele despre temperatură și colectarea datelor se va opri după 10 minute.

10. Este important să amestecați bine apa în timpul experimentului, mai ales chiar înainte de 20 o C și chiar înainte ca timpul să ajungă la 10 minute. Explică de ce?

11. Înregistrați citirile de curent și tensiune și completați tabelul de date.

12. Deconectați cablul de alimentare al transformatorului și deconectați circuitul.

Masa paharului calorimetric = Mc = __________ Masa paharului + apă = __________

Masa apei = Mw = _______ Curent = I = __________ Tensiune = V = ___________

Modificarea temperaturii = ΔT = ______ Timp = t = 600 s

Energia electrică furnizată = E = I V t = ___________ Joule

Energia termică câștigată = Q = MwCwΔT + McCcΔT + MhChΔT = ___________ calorie
(Utilizați Cw = 1 cal/(g.C o), Cc = 0.215 cal/(g.C o), MhCh = 2.5 cal/C o)

Presupunând că nu există pierderi de căldură în cameră; Q calorii = E Jouli.

Valoare experimentală: 1 calorie = __________ Joule.

Valoare teoretică: 1 calorie = 4.186 Joule.

13. Scrieți o concluzie.

B. Transfer de căldură

Scop: Să investigheze ce proprietăți afectează transferul de căldură de la un obiect fierbinte.

Aparat: senzori de temperatură (2), PC cu interfață, două cutii: una vopsită în negru, placă fierbinte, pahar, mănuși și apă.

Informații generale:
1. Enumerați cele trei metode de transfer de căldură și dați un exemplu pentru fiecare.