Lucrări de laborator №1
DETERMINAREA CĂLDURII DE HARDENARE (CRISTALIZARE) A SUBSTANȚEI
Întărirea unui lichid este o tranziție de fază a unei substanțe dintr-un lichid necristalin la un solid cristalin. Cu alte cuvinte, când, după răcirea lichidului, se transformă într-un corp solid, apoi se formează o rețea de cristal. Într-un cristal, particulele de materie - atomi sau molecule - sunt aranjate astfel încât potențialul reciproc de energie al interacțiunii este minim. Energia în exces rezultată este eliberată. transformând în energie cinetică mișcările termice aleatorii. Acest lucru ar duce la o creștere a temperaturii. Dar din moment ce energia este eliberată în mediu, energia eliberată în timpul cristalizării compensează această retragere, iar temperatura substanței rămâne constantă în timpul cristalizării.
Dimpotrivă, atunci când energia este furnizată unui corp solid sub formă de căldură, acesta este încălzit și se topește la o anumită temperatură, transformându-se într-un lichid. Topirea înseamnă distrugerea zăpezii cristaline, ca rezultat al creșterii energiei potențiale a interacțiunii particulelor. Pe aceasta, și nu pe ridicarea temperaturii corpului, se consumă căldură. Prin urmare, în timpul topirii, temperatura substanței rămâne constantă.
Absoarbe căldura de fuziune și eliberează căldura de solidificare este adesea numit „ascunse“, respectiv călduri de topire și solidificare (cristalizare) ( „ascuns“ - deoarece ele nu conduc la schimbări de temperatură). În substanțe omogene pure, temperaturile de topire și solidificare coincid. Egal între ele și căldura "ascunsă" de topire și solidificare. Izolarea sau absorbția încălzirii "ascunse" a tranziției este o caracteristică indispensabilă a așa-numitelor tranziții de fază de ordinul întâi. Tocmai această tranziție de fază a primului tip este tranziția lichid-solid și solid-lichid.
Scopul acestei lucrări este determinarea experimentală a căldurii unei tranziții de fază lichid-solid. Substanța de testat este staniu.
1. Bazele metodei de măsurare a căldurii de solidificare a unei substanțe cristaline
Metoda de determinare a căldurii de tranziție se bazează pe faptul că, la solidificare, căldura în schimb de cristalizare compensează îndepărtarea căldurii din substanța răcită în mediul extern și, prin urmare, temperatura substanței rămâne constantă în timpul cristalizării.
Aceasta înseamnă că căldura de cristalizare este eliberată la aceeași rată cu căldura este descărcată în mediul înconjurător. Este imposibilă măsurarea directă a ratei de îndepărtare a căldurii în timpul cristalizării, deoarece temperatura rămâne constantă. Dar este posibil să se determine viteza de îndepărtare a căldurii înainte și după cristalizare. Viteza radiatorului în timpul cristalizării poate fi luată egală cu media aritmetică dintre ele.
Lăsați materialul topit (staniu) conținute într-un creuzet, masa care este egală cu m r. Și căldura specifică a materialului este egal cu C T. Să presupunem în continuare că masa materialului în creuzet este M. și căldura specifică a ravnaS substanței lichide w. Apoi, dacă în timpul d τ temperatura creuzetului cu
substanța lichidă se va schimba la dt x. atunci rata de îndepărtare a căldurii din creuzet cu substanța lichidă va fi egală cu
2. Descrierea configurației experimentale
O diagramă schematică a configurației experimentale pentru determinarea căldurii latente specifice de solidificare a staniu este prezentată în Fig.
Fig.1. Diagrama schematică a instalației și fotografiile potențiometrului de înregistrare:
1 - potențiometru automat de înregistrare; 2 - comutator de pornire; 3 - diagrama mișcării comutatorului; 4 - comutarea vitezei de deplasare a unei hârtii de hârtie; 5 - scara potențiometrului; 6 - stiloul înregistratorului; 7 - hârtie cu diagrame; 8 - cuptor electric; 9 - creuzet; 10 - termocuplu; 11 - dispozitiv pentru menținerea creuzetului și a termocuplului
Fig.2. O sobă cu creuzet: 1 sobă; 2 creuzet; 3-termocuplu; 4-suport pentru creuzet; Trepied.
Înainte de topire, termocuplul este situat direct deasupra suprafeței tablierului. Tin, plasat într-un creuzet de porțelan sau alund, este mai întâi topit într-un cuptor electric și supraîncălzit ușor deasupra punctului de topire. Temperatura recipientului este monitorizată pe scala potențiometrului de auto-înregistrare. După topire și supraîncălzire, creuzetul cu staniu este scos din cuptor cu creuzetul și dispozitivul de susținere a termocuplului, iar termocuplul este scufundat în staniu topit. Pixul reportofonului este adus în contact cu hârtia grafică, include comutatorul de schimbare a diagramei de deplasare și curba de răcire a suportului, i. dependenta de temperatura a staniu.
Curba are o formă similară cu cea prezentată în Fig. Porțiunea verticală a graficului se referă la procesul de cristalizare (t cr = const).
Acum, știind. t tv. Δτ ж. Δt TV. τ. este posibil să se calculeze ratele de radiator și, prin urmare, și căldura latentă specifică a cristalizării staniu (1.7).
3. Tehnica experimentului
P o d t o r t i n u t u u
Citiți descrierea și instalarea în laborator. Asigurați-vă că pen-ul înregistratorului este scris, o hârtie de hârtie este introdusă în înregistratorul de hârtie și atașamentul său în recorder nu este încălcat.
Atenție vă rog! Puterea cuptorului electric și a potențiometrului de înregistrare automată este de 220V, nu uitați că temperatura lichidului din creuzet este mai mare de 232 0 C, aveți grijă atunci când lucrați!
În această lucrare este necesar să se măsoare căldura specifică de cristalizare a staniu.
1. Porniți cuptorul astfel încât acesta să înceapă să se încălzească.
2. Creuzetul cu staniu solid conținut în acesta trebuie cântărit pe balanță pentru a determina masa (M) de staniu. Masa creuzetului este cunoscută.
3. Plasați creuzetul cu recipientul din dispozitiv pentru a susține creuzetul. Prin mutarea cu grijă într-o direcție verticală, plasați termocuplul direct deasupra suprafeței suportului solid.
4. Așezați creuzetele cu staniu într-un cuptor electric.
4. Porniți potențiometrul (potențiometrul comutatorului 2). Aduceți stiloul înregistratorului în contact cu hârtia de diagramă (folosind pârghia de pe recorder).
5. După ce se topește, se scufundă termocuplul în recipientul lichid și se continuă încălzirea până când puterea termoelectrică a termocuplului atinge (9,5-9,8) mV. (Nu permiteți înregistratorului să citească recorderul la dreapta pentru 10mV.)
6. După aceea, cositorul este scos din cuptor creuzet se extinde pe un trepied (departe de cuptor, astfel încât nici o căldură din cuptor) pentru a permite dial-3 și de deplasare diagrame. Toate aceste operațiuni sunt rapide, dar atenți.
7. Așteptați până când stiloul înregistratorului trage o curbă pentru răcirea stofei solide (porțiunea înclinată superioară din Figura 2). Opriți comutatoarele de comutare 3 și 2.
8. Cu atenție, pentru a nu deranja fixarea hârtiei de hârtie, tăiați hârtia cu datele recepționate.
9. După aceasta, creuzetul din cuptor se topește și se îndepărtează termocuplul din tablă, astfel încât să nu interfereze cu acesta. Presăriți suprafața recipientului lichid cu un vârf de colofoniu.
10. Folosind formulele (1.7), (2.1), (2.2), calculați valoarea q. Eroarea rezultatului este calculată pentru o măsurare unică, sistematică. Pentru a face acest lucru, trebuie să obținem o formulă pentru calculul erorii sistematice a măsurătorii în conformitate cu regulile de deducere a formulei de eroare de la formula de calcul (1.7) (a se vedea anexele la lucrarea de laborator privind prelucrarea rezultatelor măsurătorilor).
11. Comparați rezultatul mediu obținut cu datele de referință (vezi anexele la laboratoare). Desenează concluzii.
4. Întrebări de testare
1. De ce este tranziția de fază de prim ordin însoțită de eliberarea sau absorbția căldurii?
2. Care este baza metodei de determinare a căldurii de tranziție în activitatea de laborator?
3. Sunt pantele din diagrama de răcire a recipientului lichid și solid, identice? De ce?
4. Ce trebuie făcut pentru a reduce erorile relative în determinarea vitezei radiatorului?
1. Matveev A.N. Molecular physics. M. Învățământul superior. săpt. 1987.
2. Sivukhin DV Curs general de fizică: termodinamică și fizică moleculară. M. Nauka, 1979.
3. Preobrazhensky V.P. Măsurători și instrumente termotehnice. M. Energia, 1978.
4. Enochovich A.S. Cartea de referință rapidă despre fizică. M. Învățământul superior. Shk., 1976.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: