Obiectivul acestui experiment este de a verifica acest lucru 1 calorie = 4.186 jouli.

Un calorimetru cu element de încălzire electric, a DC sursă de alimentare, doi multi-metri, un termometru, câteva fire de conectare, apă, un cronometru și o scală de masă

În ultimele decenii, a fost verificat în mod repetat de mulți oameni de știință și experimentatori că atunci când 1 calorie de căldură este convertit în lucru mecanic sau electric, 4.18J de muncă este generată și invers.

Elementul de încălzire dintr-un calorimetru poate fi conectat la o sursă de energie pentru o anumită perioadă în care munca electrică (energie) determină o creștere a temperaturii fluidului din calorimetru. Rezultatul este transformarea muncii electrice în energie termică. Pentru a calcula energia livrată calorimetrului, formula pentru putere Poate fi folosit:

P = W/t sau W = P t .

Întrucât puterea electrică este P = V Eu, ecuația de mai sus care dă consumul de energie electrică devine:

W = V I t . (1)

Pe de o parte, prin măsurarea aplicat tensiunea V, curent I, si timpul de consum t, energia electrică livrată calorimetrului poate fi calculată din această formulă. Pe de altă parte, măsurând temperaturile inițiale și finale ale calorimetrului, precum și masele de apă, recipientul din aluminiu și elementul de încălzire (inclusiv accesoriile acestuia), cantitatea de căldură generată poate fi calculată. Desigur, căldurile specifice de apă, aluminiu, precum și elementul de încălzire sunt, de asemenea, necesare în calculul căldurii. Căldura absorbită în calorimetru este

Qtotal = Qwater + QAl + Q element .

Rețineți că elementul de încălzire în sine are o masă mică, iar masa acestuia poate fi adăugată la masa picioarelor metalice de care este atașat.. Acest lucru nu va introduce erori semnificative. Prin urmare, este mai bine să măsurați masa ansamblului elementului de încălzire împreună și să utilizați pur și simplu căldura specifică a alamei, deși elementul în sine poate avea o căldură specifică diferită. Ansamblul de elemente de încălzire existente în calorimetru în acest laborator este în principal din alamă. Prin urmare, ecuația de mai sus poate fi scrisă ca:

Această ecuație calculează căldura totală generată în calorii ca rezultat al muncii electrice efectuate în elementul de încălzire din jouli. Ambele valori pot fi calculate în ordine pentru a determina numărul de jouli pe care îi poate genera o calorie sau invers.

Folosind o scară de masă la zero, măsurați masa recipientului intern al calorimetrului mAl mai întâi, și apoi măsurați-l din nou când este 1/4 - 1/3 umplut cu apă curată. În acest fel, masa de apă adăugată mw poate fi calculat cu ușurință. Demontați ansamblul elementului de încălzire de pe capacul calorimetrului și măsurați-i masa mbr cu o scală de echilibru. Reasamblați elementul de încălzire în capac. Dacă masa este predeterminată, săriți peste acest pas și consultați instructorul. Așezați un termometru în calorimetru prin orificiul din capac și așteptați până la atingerea echilibrului termic. Înregistrați temperatura inițială Tu . Cu sursa de energie electrică oprită, conectați calorimetrul la sursă în serie cu un ampermetru.

Notă că ampermetrul din acest experiment trebuie să măsoare un curent care depășește 200mA. Există un al treilea terminal pe multi-metru care este special utilizat în acest scop. Firul pozitiv (roșu) trebuie scos din borna pozitivă obișnuită și introdus în al treilea terminal care este etichetat 10A. Firul negativ (negru) rămâne în terminalul etichetat „Uzual."

Acum că ați conectat calorimetrul, ampermetrul (în poziția + 10A), și sursa de energie în serie, este aproape este timpul să porniți puterea. Voltmetrul de la sursa de alimentare nu este corect. Este mai bine să măsurați tensiunea sursei de alimentare cu un contor separat. O diagramă tipică a aranjamentului experimental este prezentată mai jos:

nouă

Acum deconectați ampermetrul de la sursa de alimentare pentru a selecta mai întâi o tensiune de funcționare. Porniți sursa de alimentare și setați tensiunea la cel mult 6V. Opriți alimentarea (fără a modifica setarea tensiunii) și reconectați ampermetrul la sursa de alimentare. Verificați din nou temperatura inițială Tu . Când sunteți gata să măsurați timpul, porniți sursa de alimentare.

Este mai bine să notați valorile V și eu la fiecare 30 de secunde, și apoi calculați o valoare medie pentru fiecare și utilizați aceste valori medii în calculul energiei electrice consumate W = V I t. Acest lucru va compensa (într-o oarecare măsură) fluctuațiile de tensiune ale sursei de alimentare din cauze care nu vă stau în control. Următorul tabel poate fi utilizat în acest scop:

t (sec) 10 20 30 40 50 60 . . . .
Eu (amperi)
V (volți)

Este o idee bună să continuați să agitați calorimetrul ușor (sau să amestecați apa), o dată pe minut, pentru a facilita distribuția căldurii. După atingerea perioadei dorite de încălzire, opriți sursa de alimentare și așteptați ca temperatura să atingă valoarea maximă. Înregistrați acest maxim ca Tf .

c w = 1.000 cal / (gr o C )

c Br = 0,0924 cal/(gr o C)

c Al = 0,215 cal/(gr o C)

t = 10,00 minute ca exemplu.

(W/Q) acceptat = 4,18 J/cal

Măsurat: mw, mbr, mAl, Ti, Tf, V, I, și t

Folosiți ecuații (1) și (2) a calcula W și Q. Atunci găsește (W/Q) măsurat .

Compararea rezultatelor:

Valorile acceptate și măsurate ale (W/Q) poate fi folosit pentru a obține o eroare procentuală.

Concluzie: Să fie explicat de elevi.

Discuţie: Să fie explicat de elevi .