물의 비열 용량을 결정하는 방법. 석유와 가스의 큰 백과 사전

기구 및 액세서리: 열량계, 온도계, 저울, 시험체, 비커(그램 단위로 보정), 전기 히터.

– 열 균형 방정식의 유효성을 실험적으로 확인합니다.

- 고체의 비열용량을 계산한다.

- 측정 및 계산 결과를 테이블 형식으로 정렬합니다.

– 이 작업에서 측정 및 계산 기술을 개선하기 위한 제안을 적어 주십시오.

간단한 경험 이론

열역학의 기본 물리적 개념 중 하나는 열용량입니다.

몸의 열용량~라고 불리는 물리량, 수치적으로 열과 동일, 이는 고려된 열역학적 과정에서 체온을 1K만큼 변경하기 위해 신체에 전달되어야 합니다. 다른 한편으로, 신체의 열용량은 고려 중인 열역학적 과정에서 체온의 변화 dT에 대한 신체에 전달된 열 dQ의 비율과 같습니다.

신체의 열용량은 신체의 화학적 구성 요소, 몸의 질량과 열역학적 상태, 그리고 정의에서 알 수 있듯이 열 dQ가 들어오는 몸의 상태를 변화시키는 과정의 유형.

열적 특성균질체는 비 및 몰 (몰) 열용량의 값이 특징입니다. 물질의 비열용량물리량이라고 한다 와 함께, 고려 중인 열역학 과정에서 온도를 1K만큼 변화시키기 위해 물질 1kg에 가해져야 하는 열과 수치적으로 동일합니다. 균질한 물체의 열용량은 물체의 질량의 곱으로 정의할 수 있습니다. 중비열용량 와 함께그 물질:

또는 (2.2).

따라서 동질체에 대한 dQ와 dT의 관계는 다음과 같은 형식을 갖습니다.

몰 열용량물리량 C는 고려 중인 열역학적 과정에서 온도를 1K만큼 변화시키기 위해 물질 1몰에 가해져야 하는 열과 수치적으로 동일합니다.

에서 = MS = (2.4),

여기서 M은 물질의 몰 질량입니다. 에서동일한 과정에서 비열 용량입니다.

식 (2.4)는 이제 다음 형식으로 작성할 수 있습니다.

여기서 = n은 물질의 양입니다.

몸의 열용량의 측정 단위는 1J/K이고, 비열– 1J/kg. K, 몰 - 1 J / 몰. 에게.

부피가 일정하게 유지되는 조건에서 가열이 발생하면 해당 몰 열용량을 일정한 부피의 열용량, 또는 isochoric 열용량이며 C v로 표시됩니다.

가열하는 동안 압력이 일정하면 열용량을 열용량이라고합니다. 일정한 압력에서 열용량 C p(등압 열용량이라고도 함):

고체의 경우 열팽창으로 인해 본체 체적의 일정함을 보장할 수 없기 때문에 일정한 체적이 아닌 일정한 압력에서의 열용량만 직접 측정할 수 있습니다. 그러나 가열 중 체적 변화가 작기 때문에 열용량 C p 와 C v 의 차이는 작습니다.

실험적으로 신체의 열용량은 열 균형 방정식을 적용하여 결정됩니다. 체온보다 높은 온도로 몸을 가열하자 환경. 그런 다음 식으면 몸이 일정량의 열을 발산합니다. 닫힌 계에서 에너지 보존 법칙에 따르면 매체가 받는 열의 양은 신체가 발산하는 열의 양과 정확히 같아야 합니다. 냉각되는 이 작업에서 테스트 본체는 열량계의 물과 열량계 자체에 열을 발산합니다.

주어진 시험체를 질량으로 하자 중, 온도로 가열 t0, 물과 함께 열량계로 낮추고 그 온도는 t1. 열전달의 결과 수온그리고 열량계는 t2, ㅏ 체온떨어뜨리다 t2. 신체가 발산하는 열량은 다음과 같습니다.

Q 뎁 = 센티미터(t0 - t2) (2.6),

여기서 c는 시험체의 비열용량이고,

t0– 초기 체온,

t2– 종료 체온,

중- 체질량.

열량계와 물이 받는 열량은 다음과 같습니다.

여기서 및 는 열량계의 질량과 비열,

I - 대량 및 특정 물의 열용량,

t1– 초기 수온,

t2물의 최종 온도입니다.

닫힌 계에서 에너지 보존 법칙에 따르면:

Q otd \u003d Q 플로어(2.8).

그런 다음 식 2.6과 2.7을 식 2.8에 대입하여 원하는 값을 표현하면 에서 , 우리는 다음을 얻습니다.

(2.9).

다양한 금속에서 3개의 원통형 몸체의 특정 열용량 결정

1. 신체 질량의 값을 결정하십시오 - 나는, 열량계의 질량 - , 물의 비열 - , 열량계의 비열 - .

2. 실온에서 측정된 양의 냉수(약 150g)를 열량계에 붓습니다.

3. 냉수 t 1 의 초기 온도를 측정합니다.

4. 용기의 물을 끓입니다.

5. 시험체 중 하나를 끓는 물에 잠시 담가둡니다. 가열된 몸체의 온도를 취하십시오. t 0 온도와 동일정상적인 조건에서 끓는 물 - 100 ° C

6. 가열된 본체를 물과 함께 열량계에 넣습니다. 열 전달이 끝날 때까지 기다렸다가 열량계 -t 2에서 최종 온도를 측정합니다.

8. 다른 두 몸체의 비열 용량을 유사하게 결정합니다.

9. 측정 및 계산 결과를 표 3에 기록합니다.

10. 비열 용량 값에 따라 몸체가 만들어지는 물질을 결정하십시오.

12. 몸체의 선형 치수를 측정한 후 밀도를 결정합니다.

13. GOST에 따라 오류를 계산하고 결과를 기록하십시오.

14. 실험실 작업에 대한 결론을 기록하십시오.

표 3

번호 p/p	남", kg	남", kg	m, kg	C", J/kg. K	C", J/kg. K	t 0 , 0C	t 1 , 0C	t 2 , 0C	C, J/kg. 에게

2 쪽

Sykes에 따라 비열을 결정하는 정확도는 매우 높습니다. 그러나 이 방법은 Smith 방법보다 실험적 어려움이 더 크고 가열 곡선에 대해서만 정확한 결과를 제공하지만 냉각 곡선을 얻는 데도 사용할 수 있습니다. Smith의 방법을 사용하면 좁은 온도 범위를 더 쉽게 연구할 수 있지만 정확도가 떨어질 수 있습니다.

따라서 물질의 비열용량 sg를 결정하기 위해서는 신체에 작용하는 외력에 의한 일 A를 측정하고 부재 상태에서 일의 결과로 관찰되는 체온의 변화를 측정할 필요가 있다. 다른 신체와의 열 교환.

비열 용량을 결정하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 방법. 믹싱이라고 합니다. 열량계(Regno)는 다른 구리 용기의 바닥에 있는 나무 다리에 놓인 적색 구리 용기로 구성되며, 이 용기에서 공기층으로 분리되며, 단위 부피당 열전도율과 열용량은 다음과 같습니다. 무시할 수 있는. 첫 번째 용기는 물로 채워져 있습니다.

이제 가스 혼합물의 비열 용량을 결정하는 방법을 고려해 보겠습니다.

비열 용량 Su의 직접(직접) 결정과 온도 및 비체적에 따른 변화 과정 연구는 다음 중 하나입니다. 효과적인 수단물질의 임계 상태에 대한 연구. 따라서 열용량의 실험적 결정은 임계 현상 연구에서 이론적이고 실제적인 큰 관심을 받습니다.

용액의 비열 용량을 결정하는 공식은 무엇입니까?

혼합에 의한 비열을 구하는 실험을 할 때에는 시료를 정밀하게 고정된 온도로 가열할 필요가 있다. 이를 위해 가열 된 샘플을 열량계로 빠르게 옮기는 데 필요한 짧은 시간 동안 열량계 위에 설치되는 휴대용 히터가 사용됩니다.

장치 다이어그램.

비열을 결정하기 위한 가장 간단한 절대 고정 방법의 본질은 다음과 같습니다. 두께가 h이고 단면적이 5인 시험 재료의 샘플을 히터와 냉각기 사이에 놓습니다. 히터는 다음이 있는 용기일 수 있습니다. 뜨거운 물또는 전압을 변경하여 원하는대로 전력을 조정할 수 있도록 전기 발열체. 냉각기는 차가운 물이 통과하는 속이 빈 금속 몸체입니다. 샘플의 가열 및 냉각 표면의 온도(각각 tj 및 / 2)는 열전대로 측정됩니다.

다음은 사암 샘플의 비열 용량을 결정할 때 실험 데이터를 처리하는 예입니다. 연구된 암석 샘플의 분말로 채워진 속이 빈 실린더를 40C로 가열하고 18-20C의 온도로 정지된 공기 챔버에서 냉각했습니다.

무화과에. 도 3 - 6은 개별 액체 탄화수소 및 오일 혼합물의 비열 용량을 결정하기 위한 노모그램과 메탄올 및 에탄올 수용액을 보여줍니다.

예를 들어, 열량계를 사용하여 물질의 비열 용량을 결정하는 데 사용되는 열 균형 방정식을 만들어 보겠습니다. 대략적으로, 이 경우 열량계, 액체 및 물체의 3개 물체가 열교환에 참여하는 것으로 간주할 수 있으며, 물질의 비열이 결정됩니다.

6.4. 몸 사이의 열전달

6.4.1. 신체의 열용량, 특정 물질의 열용량, 물질의 몰 열용량

몸의 온도를 올리기 위해서는 일정량의 열을 전달해야 합니다.

1K당 주어진 물질 1kg을 이라고 합니다. 비열물질공식에 의해 계산됩니다

c 비트 = Q m Δ T ,

여기서 Q는 특정 질량의 물질을 가열하는 데 필요한 열량입니다. m은 물질의 질량입니다. ΔT는 가열했을 때 물질의 온도 변화입니다.

국제 단위계에서 물질의 비열용량은 줄 단위로 측정되며 킬로그램-켈빈(1 J/(kg ⋅ K))으로 나뉩니다.

가열에 필요한 열량 약간의 물질 덩어리, 제품에 의해 결정됨

Q = c 비트 m ∆T .

주어진 물체를 1K 올리는 데 필요한 열량을 몸의 열용량공식에 의해 계산됩니다

C = QΔT,

여기서 Q는 주어진 물체를 가열하는 데 필요한 열량입니다. ΔT - 가열 시 체온 변화.

국제 단위계에서 신체의 열용량은 줄(joule)을 켈빈(1 J/K)으로 나눈 단위로 측정됩니다.

특정 물체를 가열하는 데 필요한 열량은 제품에 따라 결정됩니다.

Q=CΔT,

여기서 C는 신체의 열용량입니다.

신체의 열용량과 신체를 구성하는 물질의 열용량, 상호 연결된표현

C \u003d mc 비트,

여기서 C는 신체의 열용량입니다. m - 체중; c 비트는 이 몸체를 구성하는 물질의 비열 용량입니다.

주어진 물질 1몰의 온도를 1K 올리는 데 필요한 열량을 물질의 몰 열용량공식에 의해 계산됩니다

c μ = Q ν Δ T ,

여기서 Q는 일정량의 물질을 가열하는 데 필요한 열량입니다. ν는 물질의 양입니다. ΔT는 가열될 때 지정된 양의 물질의 온도 변화입니다.

국제 단위계에서 물질의 몰 열용량은 몰-켈빈당 줄(1 J/(mol ⋅ K))로 측정됩니다.

가열에 필요한 열량 어느 정도의 물질, 제품에 의해 결정됨

Q = c μ νΔT .

물질의 몰 및 비열 용량 상호 연결된표현

c µ = Ms 비트,

여기서 c µ는 물질의 몰 열용량입니다. M은 물질의 몰 질량입니다. c sp - 물질의 비열 용량.

예 14 철구와 납구는 지름이 같습니다. 철구의 열용량은 납구의 열용량보다 몇 배나 더 큽니까? 철과 납의 비열용량은 0.46과 0.13kJ/(kg·K)이고 밀도는 각각 7.80과 11.5g/cm3이다.

해결책 . 볼의 열용량은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

• 철구 -

C 1 \u003d m 1 c ud1,

여기서 m 1은 철구의 질량입니다. c ud1 - 철의 비열 용량;

• 리드 볼 -

C 2 \u003d m 2 c beat2,

여기서 m 2는 리드 볼의 질량입니다. c sp2 - 납의 비열 용량.

원하는 비율은 열용량입니다.

C 1 C 2 \u003d m 1 c 비트 1 m 2 c 비트 2,

이것은 철과 납 볼의 질량 비율과 철과 납의 비열용량 비율에 의해 결정됩니다.

볼의 질량은 크기와 밀도에 따라 결정됩니다.

• 철구 -

m 1 \u003d ρ 1 V 1,

여기서 ρ 1은 철의 밀도입니다. V 1 - 철구의 부피;

• 리드 볼 -

m 2 \u003d ρ 2 V 2,

어디서? ρ 2 - 납의 밀도; V 2 - 리드 볼의 부피.

볼의 지름은 같으므로 부피도 동일합니다.

V 1 \u003d V 2 \u003d V \u003d π d 2 6,

여기서 d는 철 및 리드 볼의 직경입니다.

후자의 상황을 고려하면 질량비는 다음과 같습니다.

m 1 m 2 = ρ 1 V 1 ρ 2 V 2 = ρ 1 ρ 2 .

철구와 납구의 열용량 비율 공식에 m 1 /m 2 를 대입합시다.

C 1 C 2 \u003d ρ 1 c sp 1 ρ 2 c sp 2.

계산을 해보자:

C 1 C 2 = 7.80 ⋅ 10 3 ⋅ 0.46 ⋅ 10 3 11.5 ⋅ 10 3 ⋅ 0.13 ⋅ 10 3 = 2.4.

철구의 열용량은 납구의 2.4배입니다.

실시예 15. 혼합물을 준비할 때 일정량의 모래와 4배의 시멘트를 벙커에 부었다. 시멘트와 모래의 비열용량은 각각 810과 960J/(kg·K)이다. 혼합물의 비열 용량을 결정하십시오.

해결책 . 혼합물의 비열 용량은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

c 비트 = Q m Δ T ,

여기서 Q는 ΔT만큼 혼합물의 온도를 높이는 데 필요한 열량입니다. m은 혼합물의 질량입니다.

혼합물을 가열하는 데 필요한 열량, -

Q \u003d Q 1 + Q 2,

여기서 Q 1 - 혼합물의 일부인 모래를 ΔT로 가열하는 데 필요한 열량; Q 2 - 혼합물의 일부인 시멘트를 ΔT로 가열하는 데 필요한 열량.

난방에 필요한 열량:

• 모래 -

Q 1 \u003d c ud1 m 1 ∆T,

어디서 c ud1 - 모래의 비열 용량; m 1 - 모래 덩어리;

• 시멘트 -

Q 2 \u003d c ud2 m 2 ∆T,

어디서 c ud2 - 시멘트의 비열 용량; m 2는 시멘트의 질량입니다.

모래와 시멘트 혼합물을 가열하는 데 필요한 열량은 다음 식에 의해 결정됩니다.

Q \u003d c 비트 1m 1 Δ T + c 비트 2m 2 Δ T \u003d (c 비트 1m 1 + c 비트 2m 2) Δ T.

혼합물의 질량은 모래와 시멘트의 질량의 합입니다.

m \u003d m 1 + m 2.

혼합물의 열량과 질량에 대해 얻은 식을 혼합물의 비열 용량에 대한 공식으로 대입합시다.

c 비트 \u003d (c 비트 1m 1 + c 비트 2m 2) Δ T (m 1 + m 2) Δ T \u003d c 비트 1m 1 + c 비트 2m 2 m 1 + m 2.

질량비를 고려하여 결과 표현식을 변환합니다.

m 2 = 4m 1 , 즉 c 비트 \u003d c 비트 1m 1 + 4 c 비트 2m 1m 1 + 4m 1 \u003d c 비트 1 + 4 c 비트 2 5.

계산은 다음 값을 제공합니다.

c 비트 = 960 + 4 ⋅ 810 5 = 840 J/(kg ⋅ K).

따라서 혼합물의 비열용량은 840J/(kg·K)입니다.