Молекулярная физика и термодинамика
Лабораторный практикум является важной составляющей процесса обучения. Успешное прохождение практических занятий является необходимым условием для получения эффективных знаний и навыков для работы в определенной области.
Практикум по молекулярной физике и термодинамике позволяет эффективно и наглядно проводить процесс обучения при изучении данного раздела физики.
Состав практикума по
молекулярной физике и термодинамике
Поставляемый нами комплект учебного оборудования для практикума по молекулярной физике и термодинамике позволяет выполнять более 20 лабораторных работ в соответствии с требованиями учебных программ школьного курса физики, в том числе: исследование эффекта капиллярности, измерение модуля Юнга резины, исследование свойств переохлажденной жидкости и т. д.
- Корпус с ложементом – 1 шт.
- Лоток – 1 шт.
- Калориметр – 1 шт.
- Рулетка 2м – 1 шт.
- Термометр – 1 шт.
- Цилиндр мерный, вместимостью 100 мл – 1 шт.
- Жгут резиновый – 1 шт.
- Трубка-резервуар – 1 шт.
- Трубка манометрическая – 1 шт.
- Флакон с крышкой-капельницей – 1 шт.
- Набор калориметрических тел – 1 шт.
- Пробирка с аморфным веществом – 1 шт.
- Пробирка с кристаллическим веществом – 1 шт.
- Натриевая соль в пакете – 1 шт.
- Пробирка – 1 шт.
- Стакан лабораторный 100 мл – 1 шт.
- Чашка Петри – 1 шт.
- Пипетка типа Сали (трубка капиллярная) – 1 шт.
- Спиртовка – 1 шт.
- Лапка штатива – 1 шт.
- Стержень штатива – 1 шт.
- Муфта штатива – 1 шт.
- Экстрактор – 1 шт.
- Пластилин 10гр – 1 шт.
- Марля – 1 шт.
- Пинцет – 1 шт.
- Психрометрическая таблица А4 – 1 шт.
- Секундомер
- Стакан 250 мл
- Горючее для спиртовок
- Палочка стеклянная
- Весы до 200 г
- Сахарный песок в пакетике
Пример одного эксперимента (термодинамика)
Вы можете видеть на интерактиве пример одного из экспериментов: как он делается, от и до.
Лабораторные работы помогают раскрыть весь потенциал предложенного оборудования и состоят из нескольких частей:
краткая теоретическая часть по изучаемой тематике, список оборудования для проведения опыта, описание хода работы с пошаговыми инструкциями и методика обработки полученных данных.
- Термометр (1)
- Калориметр (2)
- Штатив с муфтой и лапкой (3)
- Стакан мерный (4)
- Секундомер (5)
Основной характеристикой любого материального тела с точки зрения термодинамики является его внутренняя энергия U. Изменить внутреннюю энергию тела можно двумя путями: совершив работу:
или сообщив телу некоторое количество теплоты:
Учитывая, что эти два процесса обычно происходят одновременно, можно записать:
Это уравнение представляет собой закон сохранения в самом общем виде или первый закон термодинамики.
Физически этот закон означает, что любое изменение внутренней энергии тела сводится к увеличению или уменьшению содержащейся в нем теплоты, а также количеству работы, совершенной телом над внешними телами или работы, совершенной внешними телами над телом. Этим переходам энергии условно приписывают знак плюс или минус, показывая тем самым направление перехода энергии от тела к внешним телам или к телу от внешних тел.
При этом внутренняя энергия тела увеличивается или уменьшается. Других причин, вызывающих изменение внутренней энергии тела, не существует.
Рассмотрим подробнее воздействие на тело теплоты. Этот процесс осуществляется в виде трех явлений: теплопроводности, конвекции и излучения.
Воздействие излучения ускоряет движение атомов и молекул вещества, из которого состоит тело. Внутренняя энергия тела увеличивается оно нагревается. Особенностью этого способа передачи энергии - является отсутствие посредников твердых, жидких или газообразных тел. Излучение передается том случае, когда никаких посредников нет, то есть в полном вакууме, где совершенно невозможны первые два вида теплопередачи. Примером служит солнечное излучение.
В нашем случае в стакане находится горячая вода, а окружающий воздух имеет более низкую температуру - комнатную. Стенки стакана приобретают температуру воды и нагревают близкий к стеклу или металлу слой воздуха. Возникает конвекция подъем вверх нагретого воздуха.
Вода в стакане, потеряв теплоту, охлаждается.
Остывание горячей воды в воздухе.
Достаньте алюминиевый стакан из калориметра и налейте в него воду комнатной температуры до половины по высоте.
В лапке штатива закрепите термометр, чтобы он опустился в воду, не касаясь дна. Зафиксируйте положение термометра.
где V1- объем стального цилиндра в см3, а d1 и l1-его диаметр и длина в см.
Повторите измерения размеров d2 и l2 для цилиндра из алюминия и рассчитайте его объем V2.
Подождите две минуты, чтобы термометр пришел в тепловое равновесие с водой.
Измерьте температуру воды и запишите ее значение.
На рисунке эта температура представлена в виде горизонтальной линии, ниже которой температура остывающей воды опуститься не может.
Вылейте прохладную воду и налейте примерно такое же количество кипятка. Подождите две минуты и в таблицу запишите температуру То.
| 1 | t, мин | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | T, °C | T0= |
Одновременно включите секундомер и, отсчитав 2 минуты, измерьте температуру.
Продолжая измерение остывающей воды в соответствии с данными температуры таблицы 1, дождитесь, когда температура снизится примерно до 40 °C и остановите наблюдение, убедившись, что в дальнейшем температура будет продолжать уменьшаться, но очень медленно.
В пределе вода остынет только до комнатной температуры.
Полученные данные занесите во вторую строку таблицы 1.
Постройте график зависимости температуры Т от времени t (см. рисунок) по экспериментальным данным из таблицы 1.
График свидетельствует о том, что температура воды в стакане сначала быстро уменьшается, затем процесс замедляется.
Теоретически температура уменьшается по экспоненциальному закону.
Остывание горячей воды в калориметре.
Вылив остывшую воду, поместите стакан в калориметр и налейте в него то же количество кипятка.
Опустите в воду термометр (не касаясь дна), и закройте крышку.
Повторите измерения, но теперь выполняйте отсчеты температуры через вдвое большие интервалы времени через четыре минуты (см. таблица 2), так как остывание будет происходить намного медленнее.
Причина замедления процесса- резкое уменьшение теплопроводности внешнего пространства- на пути тепла добавился корпус калориметра, затрудняющий теплопроводность.
Таблица 2.
| 1 | t, мин | 0 | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 | 24 | 28 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | T, °C | T0= |
Постройте оба графика в координатных осях, приведенных на рисунке, на котором изображены теоретические кривые процесса остывания.
Рассчитайте скорость остывания воды в свободном пространстве- в стакане и в калориметре, пользуясь данными таблиц 1 и 2.
Результаты расчетов поместите в таблицу 3.
Таблица 3.
| Интервал времени | Стакан (Скорость остывания, °C/мин) | Калориметр (Скорость остывания, °C/мин) |
|---|---|---|
| 4-6 мин | ||
| 8-12 мин | ||
| 10-12 мин | ||
| 20-24 мин |