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

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

În ultimele decenii, mulți oameni de știință și experimentatori au verificat în mod repetat că, atunci când o calorie de căldură este transformată în muncă mecanică sau electrică, se generează 4,18 J de muncă 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 = Pt

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

W = V I t (1)

Pe de o parte, măsurând tensiunea aplicată V, curentul efectiv I și timpul de consum t, energia electrică livrată calorimetrului poate fi calculată prin 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), se poate calcula cantitatea de căldură generată. Desigur, căldurile specifice de apă, aluminiu, precum și elementul de încălzire trebuie să fie obținute din textul de fizică sau dintr-un manual. Căldura absorbită în calorimetru este

Qtotal = Qwater + Qaluminum + Qelement

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 din alamă, 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 pentru a determina câți jouli poate genera o calorie sau invers.

Folosind o scară de masă la zero, măsurați mai întâi masa recipientului intern al calorimetrului (mAl) și apoi măsurați-l din nou când este 1/3 plin cu apă curată. În acest fel, masa de apă adăugată (mw) poate fi calculată 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. Așezați termometrul în calorimetru prin orificiul din capac și așteptați până la atingerea echilibrului termic. Înregistrați această temperatură inițială (Ti). Cu sursa de energie electrică oprită, conectați calorimetrul la sursă în serie cu un ampermetru.

Rețineți că ampermetrul din acest experiment va măsura curenți care depășesc 200 mA. Există un al treilea terminal pe multi-metru care este special utilizat în acest scop. Firul pozitiv (roșu) trebuie scos din terminalul pozitiv obișnuit de pe contor și introdus în acest al treilea terminal, care este etichetat (+10 A sau 10.000 mA). Firul negativ (negru) rămâne în terminalul etichetat „Comune”

Acum că ați conectat calorimetrul, ampermetrul (în poziția +10 A) 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:

care este

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 6 V. Opriți alimentarea (fără a modifica setarea tensiunii) și reconectați ampermetrul la sursa de alimentare. Verificați din nou temperatura inițială (Ti). Când sunteți gata să măsurați timpul, porniți sursa de alimentare.

Este mai bine să notați valorile lui V și I la fiecare 30 de secunde, apoi să calculați o valoare medie pentru fiecare și să 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 energie din cauza unor cauze care nu ne controlează. Următorul tabel poate fi utilizat în acest scop:

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/(g C˚)

c Br = 0,0924 cal/(g C˚)

c Al = 0,215 cal/(g C˚)

t = 12,50 minute

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

Folosiți ecuațiile (1) și (2) pentru a calcula W și Q. Apoi găsiți (W/Î) măsurat .

Compararea rezultatelor:

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

Concluzie: Să fie explicat de elevi

Discuţie: Să fie explicat de elevi