Термодинамика и молекулярная физика

Экспериментальные задачи физических олимпиад
89
Оборудование
: спичечный коробок с 10 спичками (или за-
жигалка и парафиновая свечка), штатив с креплениями, алю-
миниевый стаканчик от школьного термостата, термометр,
нить 1 м, рычажные весы, авторучка, школьная тетрадь
12 листов. Считайте удельную теплоёмкость воды известной:
C
в
=
4200 Дж
/
(кг
·
К).
Предполагаемый способ решения таков.
С помощью весов можно измерить массу стакана
M
и мас-
су
m
наливаемой в стакан воды. Поскольку стакан алюмини-
евый, можно оценить его теплоёмкость
C
стак
=
3
RM
m
(закон Дюлонга и Пти). Количество наливаемой воды долж-
но быть таким, чтобы в ней полностью помещалась колба
термометра с расширяющимся веществом. Однако не следует
заполнять стакан водой полностью, так как количество спи-
чек ограничено и заметно нагреть полный стакан с водой не
удастся в силу большой удельной теплоёмкости воды.
Стаканчик после «заправки» водой укрепляется на шта-
тиве так, чтобы снизу можно было поднести горящую спич-
ку. Термометр подвешивается на нити так, чтобы его колба
с расширяющимся веществом находилась в воде, а шкала,
по которой отсчитывают температуру, должна быть видна
и обращена к экспериментатору.
После нагрева воды в стакане на 5—7 градусов (для
этого может потребоваться 2—3 спички) в стакан добавляется
ещё вода и измеряется температура полученной смеси. По
результатам измерений температуры и массы стакана с водой
можно установить отношение теплоёмкости стаканчика и на-
литой в него воды. Таким способом проверяется сделанная
оценка для теплоёмкости стаканчика.
Чтобы оценить скорость тепловых потерь, следует неко-
торое время (3—5 минут) после прекращения нагрева после-
дить за показаниями термометра и отметить время, за кото-
рое нагревшаяся вода заметно (на 1—2 градуса) охладится.
Если за время наблюдения заметного охлаждения не про-
изошло, то при проведении основных экспериментов можно
не торопиться. Если же охлаждение происходит с заметной

90
Часть 2
скоростью, то следует учесть эти потери при вычислении
теплоты, произведённой при сгорании спички.
Предварительные эксперименты позволят подобрать опти-
мальную стратегию проведения работы (распределить огра-
ниченное количество оставшихся спичек на 2—3 контроль-
ных эксперимента).
Можно применять следующие меры устранения нежела-
тельных потерь теплоты.
Сжигая спичку под стаканчиком, следует дождаться, ко-
гда уже сгоревший обугленный конец спички перестанет
светиться, и только после этого переменить удерживаемый
пальцами конец спички. Это позволяет по максимуму исполь-
зовать всё тепло, производимое во время горения спички.
При этом сначала спичка держится так, чтобы её горящий
конец был сверху, а перед «сменой» пальцев спичку нужно
перевести на несколько секунд в горизонтальное положение.
Это нужно, чтобы сгоревший конец спички немного остыл.
Чтобы не обжечь пальцы, можно воспользоваться целыми
спичками для удержания горящей спички. Например, можно
«расщепить» конец целой спички и закрепить в этом месте
спичку, которая будет гореть.
Пламя горящей спички должно своей верхней светящейся

жүктеу/скачать 1,21 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: