Калориметр и измерение количества теплоты
⚡ Физика · 8 класс
Зачем нужен калориметр
Калориметр — это прибор для измерения количества теплоты, которым обмениваются тела. Он устроен так, чтобы как можно меньше энергии уходило в окружающую среду: тогда вся теплота, отданная более горячим телом, достаётся более холодному, и измерения получаются точнее. Само слово составлено из латинского корня, означающего «теплота», и греческого «измеряю».
Устройство прибора
Простейший школьный калориметр — это два стакана, вставленные один в другой. Между их стенками находится воздух — плохой проводник тепла, поэтому он работает как тепловая «прокладка». Внутренний стакан опирается на пробковую или деревянную подставку (дерево тоже плохо проводит тепло), а сверху прибор закрывается крышкой с отверстиями для термометра и мешалки. Всё это уменьшает потери энергии тремя путями: ослабляет теплопроводность через стенки, мешает конвекции воздуха и закрывает поверхность от испарения.
| Часть прибора | Назначение |
|---|---|
| Внутренний сосуд | Содержит исследуемые тела и воду |
| Воздушный зазор | Уменьшает теплопроводность к внешним стенкам |
| Подставка из пробки | Снижает отвод тепла через дно |
| Термометр | Измеряет температуру до и после опыта |
| Мешалка | Выравнивает температуру по всему объёму |
Закон, на котором основан опыт
В калориметре выполняется уравнение теплового баланса: количество теплоты, отданное более нагретыми телами, равно количеству теплоты, полученному менее нагретыми телами:
Q_отд = Q_получ
Каждое количество теплоты считают по формуле Q = c·m·(t_2 − t_1), где c — удельная теплоёмкость вещества, m — его масса, t_1 — начальная, а t_2 — конечная температура. Если тело остывает, разность температур отрицательна, и оно отдаёт теплоту; если нагревается — получает.
Порядок опыта
- Налить во внутренний сосуд воду известной массы и измерить её температуру.
- Нагреть исследуемое тело известной массы до известной температуры (например, в кипятке).
- Быстро опустить нагретое тело в воду и закрыть крышку.
- Помешивая, дождаться, пока температура перестанет меняться, и записать общую температуру смеси.
- Составить уравнение баланса и найти неизвестную величину — например, удельную теплоёмкость тела.
Пример рассуждения: Q_воды = Q_тела → c_воды·m_воды·(t − t_воды) = c_тела·m_тела·(t_тела − t)
Частые ошибки. Нельзя забывать про потери: если опыт затянуть, часть теплоты уйдёт в воздух и баланс нарушится. Конечная температура смеси всегда лежит между начальными температурами тел, а не выше и не ниже их обеих. Опускать тело нужно быстро, иначе оно остынет ещё в воздухе.
Кратко о главном
- Калориметр снижает потери энергии в окружающую среду.
- Воздушный зазор, подставка и крышка уменьшают теплопередачу.
- Опыт основан на уравнении
Q_отд = Q_получ. - Количество теплоты находят по
Q = c·m·(t_2 − t_1). - Конечная температура смеси промежуточная между исходными.
- С помощью калориметра можно определить удельную теплоёмкость вещества.