Лабораторная работа № 31
Определение удельной теплоты парообразования воды
Учебная цель: определить удельную теплоту парообразования воды с помощью калориметра
Учебные задачи: на основании закона сохранения и превращения энергии вычислить удельную теплоту парообразования воды
Оборудование: калориметр, парообразователь с сухопарником, спиртовка, технические весы, два термометра, штатив с держателем, блок управления.
Виртуальная лаборатория по физике: https://efizika.ru/html5/31/index.html
Краткая теория
Переход вещества из жидкого состояния в пар называется парообразованием, а обратный процесс – конденсацией. Парообразование протекает с поглощением теплоты, при конденсации теплота выделяется.
Количество теплоты, необходимое для превращения в пар жидкости при неизменной температуре, называется удельной теплотой парообразования L:
.
Один из методов определения удельной теплоты парообразования основан на том, что при конденсации пара в жидкость происходит выделение тепла в количестве, равном теплоте парообразования.
Пар получают в нагревателе, пропускают через сухопарник в воду, налитую в калориметр. При конденсации пара и охлаждении полученной из него воды происходит нагревание воды в калориметре. Удельную теплоту парообразования L вычисляют из уравнения теплового баланса. Приравнивают на основании закона сохранения и превращении энергии количества теплоты, полученные калориметром и водой , количеству теплоты , отданному паром при конденсации и водой, полученной из пара, при ее охлаждении до конечной температуры , т.е.
или
,
Откуда
.
Массу сконденсировавшегося пара находят как разность результатов взвешивания калориметра до и после пропускания пара .
Ход работы
- Задать массу пустого сосуда калориметра
- Измерить массу калориметра с водой используя электронные весы, масса воды в калориметре задается случайным образом и вычисляться как .
- Задать значение начальной температуры воды в калориметре .
- Зажечь спиртовку с помощью кнопки «Пуск» на панели управления.
- Пропускать пар, пока температура воды в калориметре повысится не менее чем на 10°С,
- Нажать кнопку «Пауза» для того, чтобы потушить спиртовку
- Измерить конечную температуру воды в калориметре.
- Измерить конечную массу калориметра .
- Определить массу пара как разность начальной и конечной массы калориметра.
- Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
Таблица
Масса пустого калориметра , кг |
Начальная масса калориметра с водой , кг
|
Масса воды в калориметре , кг |
Конечная масса калориметра с водой, , кг |
Начальная температуры воды в калориметре , °С |
Конечная температура воды в калориметре , °С |
|
|
|
|
|
|
Масса пара, , кг |
Температура пара , °С |
Удельная теплоемкость воды, , Дж/(кг×°С) |
Удельная теплоемкость калориметра, Дж/(кг×°С) |
Удельная теплота парообразования воды , Дж/кг |
Табличное значение удельной теплоты парообразования воды , Дж/кг |
|
|
|
|
|
|
- Используя данные опыта и уравнение теплового баланса определить удельную теплоту парообразования волы.
- Сравнить полученный результат с табличным значением удельной теплоты парообразования воды.
- Вывод
Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторному занятию:
1.Изменится ли результат опыта при отсутствии сухопарника?
2. Как зависит удельная теплота парообразования от температуры? Почему?
3. При одном и том же давлении температура кипения разных жидкостей различны. Почему?
4. Одинаково ли опасен ожог стоградусным паром и кипящей водой той же температуры? Почему?
5. Почему вода в пробирке, опущенной в сосуд с кипящей водой, не кипит?
6. Почему в сковородке для приготовления пищи требуется меньше времени, чем в обычной кастрюле?
7. Где в технике используют энергию. Выделяемую при конденсации водяного пара?
8. Как называются установки для комбинированной выработки тепла и электроэнергии. По какому циклу они работают?
9. Как называется наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств?
10. Каким путём в настоящее время осуществляется промышленное производство тепловой и электрической энергии?
Виртуальная лабораторная работа по физике «Определение удельной теплоты парообразования воды» представляет собой уникальную возможность для студентов изучать физические законы и явления, связанные с переходом воды из жидкого состояния в газообразное. Этот эксперимент позволяет определить удельную теплоту парообразования воды, которая является важным параметром при изучении термодинамики и теплообмена.
Удельная теплота парообразования воды – это количество теплоты, необходимое для превращения единицы массы воды из жидкого состояния в пар при постоянном давлении. Этот параметр имеет важное практическое значение, так как он определяет, сколько теплоты необходимо для испарения жидкости и как это влияет на ее температуру и фазовый состав.
В ходе виртуальной лабораторной работы студентам предлагается провести серию экспериментов с помощью специального интерактивного приложения, которое моделирует процесс парообразования воды. Студентам необходимо измерить изменение температуры воды при ее испарении и на основе полученных данных вычислить удельную теплоту парообразования.
Основными шагами в проведении эксперимента являются подготовка оборудования, наблюдение за изменениями температуры воды, запись результатов измерений и анализ полученных данных. Все эти шаги помогут студентам лучше понять физические процессы, происходящие при парообразовании воды, и научиться применять теоретические знания на практике.
Использование виртуальной лаборатории позволяет студентам изучать физику в интерактивном режиме, что способствует более глубокому усвоению материала. Кроме того, такой подход позволяет сократить время и затраты на проведение экспериментов в реальной лаборатории, что делает обучение более доступным и эффективным.
Таким образом, виртуальная лабораторная работа по физике «Определение удельной теплоты парообразования воды» представляет собой эффективный инструмент для изучения физических законов и явлений, связанных с теплообменом и фазовыми переходами. Благодаря этому эксперименту студенты могут углубить свои знания в области термодинамики и приобрести практические навыки, необходимые для дальнейшей профессиональной деятельности.
The virtual laboratory work in physics "Determination of the specific heat of water vaporization" is a unique opportunity for students to study the physical laws and phenomena associated with the transition of water from a liquid state to a gaseous one. This experiment allows us to determine the specific heat of water vaporization, which is an important parameter in the study of thermodynamics and heat transfer.
The specific heat of water vaporization is the amount of heat required to convert a unit mass of water from a liquid state to steam at constant pressure. This parameter is of great practical importance, as it determines how much heat is needed for the evaporation of a liquid and how this affects its temperature and phase composition.
During the virtual laboratory work, students are invited to conduct a series of experiments using a special interactive application that simulates the process of water vaporization. Students need to measure the change in water temperature during evaporation and calculate the specific heat of vaporization based on the data obtained.
The main steps in conducting the experiment are the preparation of equipment, monitoring changes in water temperature, recording measurement results and analyzing the data obtained. All these steps will help students better understand the physical processes that occur during water vaporization and learn how to apply theoretical knowledge in practice.
The use of a virtual laboratory allows students to study physics interactively, which contributes to a deeper assimilation of the material. In addition, this approach reduces the time and cost of conducting experiments in a real laboratory, which makes training more accessible and effective.
Thus, the virtual laboratory work in physics "Determination of the specific heat of water vaporization" is an effective tool for studying physical laws and phenomena related to heat exchange and phase transitions. Thanks to this experiment, students can deepen their knowledge in the field of thermodynamics and acquire practical skills necessary for further professional activity.