Определение удельной теплоемкости твердых тел методом адиабатического калориметра

Под удельной теплоемкостью вещества предполагается величина , (1) где — количество теплоты, сообщенное телу. — изменение температуры, происходящее в итоге передачи телу теплоты, m – масса нагреваемого тела. На опыте обычно определяется средняя удельная теплоемкость вещества c, численно равная количеству теплоты , которое нужно сказать единице массы этого вещества, чтоб поднять её температуру на : (2), где — разность конечной и исходной температур исследуемого тела. Для экспериментального определения теплоемкости употребляются разные калориметрические способы. Обилие этих способов связано с тем, что четкое измерение количества теплоты, сообщаемого телу, просит устранения не учитываемых теплопотерь при нагревании исследуемого тела. Обычно, в так именуемых калориметрах с изотермической оболочкой, вводится расчетная либо экспериментально определяемая поправка на радиацию, другими словами количество теплоты, которое калориметр во время опыта получает либо дает наружной среде излучением. Но, можно значительно уменьшить теплопотери введением неплохой термоизоляции либо за счет сокращения длительности опыта, что достигается высочайшей скоростью нагрева эталона ~ (импульсный способ измерения теплоемкости), при которой теплопотери будут малы по сопоставлению с общим подводимым количеством теплоты. Одним из более четких способов определения теплоемкости является способ адиабатического калориметра. Затруднения, связанные с необходимостью учета теплопотерь, в калориметрах этого типа устраняются тем, что измерения выполняются в критериях термического равновесия, другими словами в критериях равенства температур исследуемого эталона и окружающего эталон блока. К преимуществам этого способа, вместе с высочайшей точностью, относится также возможность определения теплоемкости жестких тел в широком температурном интервале, что в особенности принципиально в этом случае, если вещества имеют фазовые перевоплощения. Устройство 1-го из типов адиабатического калориметра схематически показано на рисунке. Исследуемый эталон 1 помещается в медный блок 3 и вкупе с ним греется в печи 4. Вовнутрь эталона вводится нагреватель 2, позволяющий создавать дополнительный обогрев эталона. После включения печи 4, в которую помещен блок с прототипом, температура эталона начинает повышаться, оставаясь ниже температуры блока. Чтоб установить равенство температур эталона и блока, включают нагреватель, помещенный снутри эталона. Когда температура эталона станет мало выше температуры блока, внутренний нагреватель выключается. В предстоящем включение и выключение этого нагревателя совершается временами, так что разность температур образца и блока все время меняет символ. Тогда, когда равно нулю (при включенном внутреннем нагревателе), термообмен меж прототипом и блоком отсутствует, и все количество теплоты , выделяемое внутренним нагревателем, расходуется лишь на нагрев эталона; удельная теплоемкость в данном случае может быть определена по формуле (2). Количество теплоты, выделяемоe внутренним нагревателем, определяется по формуле:

. (3)

где I — ток внутреннего нагревателя; V – падение напряжения на нём; — просвет времени, в течении которого температура возросла на . Тогда (4)

где — время, в течение которого температура эталона поменялась на . В дифференциальной форме формула (4) имеет вид (5) Температура эталона измеряется термопарой Т. Разность температур блока и эталона измеряется дифференциальной термопарой . Для определения температуры эталона употребляется градуировочная кривая термопары Т. Разность температур блока и эталона определяется в делениях шкалы гальванометра (потому что необходимо только зафиксировать момент, когда разность температур блока и эталона меняет символ). Выполнение работы. Эталон надет на нагреватель, помещенный вовнутрь медного блока. К эталону и блоку подведены спаи термопар T и . Печь запирается крышкой. Врубается электронная обмотка печи, в которую помещен блок. Временами врубается и выключается нагреватель, помещенный вовнутрь эталона, при этом записываются значения I и V в цепи внутреннего нагревателя.

До измерений нужно проверить положение нуля зеркального гальванометра. Для этого, отсоединив термопару от гальванометра, ждут прекращения колебаний кролика повдоль шкалы. Если после чего изображение нити не совпадает с нулем, то передвижением шкалы достигают этого совпадения. Строятся кривые зависимости T и от времени. По угловому коэффициенту кривой T(t) в точке, где меняет символ (другими словами когда устанавливается термическое равновесие), рассчитывается удельная теплоемкость по формуле (5). Эта теплоемкость относится к температуре, которую необходимо отсчитать по кривой T(t) в момент, когда разность температур блока и эталона меняет символ.