1. Построить график зависимости температуры (t i) (например t 2) от времени нагревания (t, мин). Убедиться, что достигнут стационарный режим.
3. Только для стационарного режима вычислить значения и lnA, результаты вычислений занести в таблицу.
4. Построить график зависимости от x i , приняв за начало отсчета положение первой термопары х 1 = 0 (координаты термопар указаны на установке). По нанесенным точкам провести прямую.
5. Определить усредненный тангенс угла наклона или
6. По формуле (10), учитывая (11), вычислить коэффициент теплопроводности металла и определить погрешность измерения.
7. С помощью справочника определить металл, из которого изготовлен стержень.
Контрольные вопросы
1. Какое явление называется теплопроводностью? Запишите его уравнение. Что характеризует градиент температуры?
2. Что является переносчиком тепловой энергии в металлах?
3. Какой режим называется стационарным? Получите уравнение (5), описывающее этот режим.
4. Выведите формулу (10) для коэффициента теплопроводности.
5. Что такое термопара? Как с её помощью можно измерить температуру в определенной точке стержня?
6. Каков метод измерения теплопроводности в данной работе?
Лабораторная работа № 11
Изготовление и градуировка датчика температуры на основе термопары
Цель работы: ознакомление с методикой изготовления термопары; изготовление и градуировка датчика температуры на основе термопары; использования датчика температуры для определения температуры плавления сплава Вуда.
Введение
Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. В равновесных условиях температура пропорциональна средней кинетической энергии теплового движения частиц тела. Диапазон температур, при которых протекают физические, химические и другие процессы, исключительно широк: от абсолютного нуля до 10 11 К и выше.
Температуру невозможно измерить непосредственно; ее значение определяют по температурному изменению, какого–либо удобного для измерений физического свойства вещества. Такими термометрическими свойства могут быть: давление газа, электрическое сопротивление, тепловое расширение жидкости, скорость распространения звука.
При построении температурной шкалы приписывают значение температуры t 1 и t 2 двум фиксированным температурным точкам (значение измеряемого физического параметра) x = x 1 и x = x 2 , например, точке плавления льда и точке кипения воды. Разность температур t 2 – t 1 называют основным температурным интервалом шкалы. Температурная шкала представляет собой конкретную функциональную числовую связь температуры со значениями измеряемого термометрического свойства. Возможно неограниченное число температурных шкал, различающихся по термометрическому свойству, принятой зависимости t(x) и температурам фиксированных точек. Например, существуют шкалы Цельсия, Реомюра, Фаренгейта и др. Принципиальным недостатком эмпирических температурных шкал является их зависимость от термометрического вещества. Этот недостаток отсутствует у термодинамической температурной шкалы, основанной на втором начале термодинамики. Для равновесных процессов справедливо равенство:
где: Q 1 – количество теплоты, полученное системой от нагревателя при температуре Т 1 ; а Q 2 – количество теплоты, отданное холодильнику при температуре Т 2 . Отношения не зависят от свойства рабочего тела и позволяют по доступным для измерений величинам Q 1 и Q 2 определить термодинамическую температуру. Принято считать Т 1 = 0 К – при абсолютном нуле температур и Т 2 = 273,16 К в тройной точке воды. Температура по термодинамической шкале выражается в градусах Кельвина (0 К). Введение Т 1 = 0 является экстраполяцией и не требует реализации абсолютного нуля.
При измерении термодинамической температуры применяют обычно одно из строгих следствий второго начала термодинамики, связывающее удобно измеряемое термодинамическое свойство с термодинамической температурой. В числе таких соотношений: законы идеального газа, законы излучения черного тела и т.д. В широком интервале температур, примерно от точки кипения гелия до точки затвердевания золота, наиболее точные измерения термодинамической температуры обеспечивает газовый термометр.
На практике измерение температуры по термодинамической шкале затруднительно. Значение этой температуры обычно наносят на удобный вторичный термометр, более стабильный и чувствительный, чем приборы, воспроизводящие термодинамическую шкалу. Вторичные термометры градуируют по высокостабильным реперным точкам, температуры которых по термодинамической шкале заранее найдены предельно точными измерениями.
В данной работе в качестве вторичного термометра используется термопара (контакт двух различных металлов), а в качестве реперных точек – температуры плавления и кипения различных веществ. Термометрическим свойством термопары является контактная разность потенциалов.
Термопарой называется замкнутая электрическая цепь, содержащая два спая двух различных металлических проводников. Если температура спаев различна, то в цепи будет идти обусловленный термоэлектродвижущей силой электрический ток. Величина термоэлектродвижущей силы e пропорциональна разности температур:
где k- const, если разность температур не очень велика.
Величина k обычно не превышает нескольких десятков микровольт на градус и зависит от материалов, из которых изготовлена термопара.
Упражнение 1. Изготовление термопары
Одно и тоже вещество в реальном мире в зависимости от окружающих условий может находиться в различных состояниях. Например, вода может быть в виде жидкости, в идее твердого тела - лед, в виде газа - водяной пар.
- Эти состояния называются агрегатными состояниями вещества.
Молекулы вещества в различных агрегатных состояниях ничем не отличаются друг от друга. Конкретное агрегатное состояние определяется расположением молекул, а так же характером их движения и взаимодействия между собой.
Газ - расстояние между молекулами значительно больше размеров самих молекул. Молекулы в жидкости и в твердом теле расположены достаточно близко друг к другу. В твердых телах еще ближе.
Чтобы изменить агрегатное состояние тела, ему необходимо сообщить некоторую энергию. Например, чтобы перевести воду в пар её надо нагреть.Чтобы пар снова стал водой, он должен отдать энергию.
Переход из твердого состояния в жидкое
Переход вещества из твердого состояние в жидкое называется плавлением. Для того чтобы тело начало плавиться, его необходимо нагреть до определенной температуры. Температура, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества.
Каждое вещество имеет свою температуру плавления. У каких-то тел она очень низкая, например, у льда. А у каких-то тел температура плавления очень высокая, например, железо. Вообще, плавление кристаллического тела это сложный процесс.
График плавления льда
Ниже на рисунке представлен график плавления кристаллического тела, в данном случае льда.
- График показывает зависимость температуры льда от времени, которое его нагревают. На вертикально оси отложена температура, по горизонтальной - время.
Из графика, что изначально температура льда была -20 градусов. Потом его начали нагревать. Температура начала расти. Участок АВ это участок нагревания льда. С течением времени, температура увеличилась до 0 градусов. Эта температура считается температурой плавления льда. При этой температуре лед начал плавиться, но при этом перестала возрастать его температура, хотя при этом лед также продолжали нагревать. Участку плавления соответствует участок ВС на графике.
Затем, когда весь лед расплавился и превратился в жидкость, температура воды снова стала увеличиваться. Это показано на графике лучом C. То есть делаем вывод, что во время плавления температура тела не изменяется, вся поступающая энергия идет на плвление.
Каталог заданий.
Часть 2
Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий
Версия для печати и копирования в MS Word
В процессе кипения жидкости, предварительно нагретой до температуры кипения, сообщаемая ей энергия идёт
1) на увеличение средней скорости движения молекул
2) на увеличение средней скорости движения молекул и на преодоление сил взаимодействия между молекулами
3) на преодоление сил взаимодействия между молекулами без увеличения средней скорости их движения
4) на увеличение средней скорости движения молекул и на увеличение сил взаимодействия между молекулами
Решение.
При кипении температура жидкости не меняется, а происходит процесс перехода в другое агрегатное состояние. Образование другого агрегатного состояния идет с преодолением сил взаимодействия между молекулами. Постоянность температуры означает и постоянство средней скорости движения молекул.
Ответ: 3
Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1313.
Открытый сосуд с водой находится в лаборатории, в которой поддерживается определённая температура и влажность воздуха. Скорость испарения будет равна скорости конденсации воды в сосуде
1) только при условии, что температура в лаборатории больше 25 °С
2) только при условии, что влажность воздуха в лаборатории равна 100%
3) только при условии, что температура в лаборатории меньше 25 °С, а влажность воздуха меньше 100%
4) при любой температуре и влажности в лаборатории
Решение.
Скорость испарения будет равна скорости конденсации воды в сосуде только если влажность воздуха в лаборатории равна 100% вне зависимости от температуры. В таком случае будет наблюдаться динамическое равновесие: сколько молекул испарилось, столько же сконденсировалось.
Правильный ответ указан под номером 2.
Ответ: 2
Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1326.
1) для нагревания 1 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж
2) для нагревания 500 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 1 Дж
3) для нагревания 1 кг стали на 500 °С необходимо затратить энергию 1 Дж
4) для нагревания 500 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж
Решение.
Удельная теплоемкость характеризует количество энергии, которое необходимо сообщить одному килограмму вещества для того, из которого состоит тело, для того, чтобы нагреть его на один градус Цельсия. Таким образом, для нагревания 1 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж.
Правильный ответ указан под номером 1.
Ответ: 1
Источник: ГИА по физике. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 1327.
Удельная теплоёмкость стали равна 500 Дж/кг·°С. Что это означает?
1) при охлаждении 1 кг стали на 1 °С выделяется энергия 500 Дж
2) при охлаждении 500 кг стали на 1 °С выделяется энергия 1 Дж
3) при охлаждении 1 кг стали на 500 °С выделяется энергия 1 Дж
4) при охлаждении 500 кг стали на 1 °С выделяется энергия 500 Дж
Решение.
Удельная теплоемкость характеризует количество энергии, которое необходимо сообщить одному килограмму вещества для того, чтобы нагреть его на один градус Цельсия. Таким образом, для нагревания 1 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж.
Правильный ответ указан под номером 1.
Ответ: 1
Источник: ГИА по физике. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 1328.
Регина Магадеева
09.04.2016 18:54
В учебнике восьмого класса у меня определения удельной теплоемкости выглядит так:физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1кг для того, чтобы его температура!изменилась! на 1 градус. В решении же написано, что удельная теплоемкость нужна для того, чтобы нагреть на 1 градус.
За это задание вы можете получить 2 балла на ЕГЭ в 2020 году
Задание 11 ЕГЭ по физике посвящено основам термодинамики и молекулярно-кинетической теории. Общая тема этого билета – объяснение разнообразных явлений.
Построено задание 11 ЕГЭ по физике всегда одинаково: учащемуся будет предложен график или описание какой-либо зависимости (выделение тепловой энергии при нагревании тела, изменение давления газа в зависимости от его температуры или плотности, любых процессов в идеальном газе). После приводится пять высказываний, прямо или косвенно касающихся темы билета и представляющих текстовое описание термодинамических закономерностей. Из них учащемуся необходимо выбрать два утверждения, которые он считает верными, соответствующими условию.
Задание 11 ЕГЭ по физике обычно пугает учащихся, ведь оно содержит в себе множество цифровых данных, таблиц, графиков. На самом деле оно является теоретическим, и что-либо вычислять при ответе на вопрос ученику не придется. Потому на самом деле особых трудностей этот вопрос обычно не вызывает. Однако ученик должен адекватно оценивать свои возможности и «засиживаться» над одиннадцатым заданием не рекомендуется, ведь время выполнения всего испытания ограничено определенным числом минут.
