Как определить удельную теплоёмкость свинца

Для определения удельной теплоемкости свинца в лабораторных условиях чаще всего используется метод смешивания с применением калориметра. Этот метод основан на законе сохранения энергии: количество теплоты, отданное горячим телом, равно количеству теплоты, полученному более холодным телом и окружающей средой (которой в идеальных условиях пренебрегают). Необходимое оборудование

• Свинцовое тело (груз или дробь).
• Калориметр (сосуд с термоизоляцией).
• Весы.
• Термометр.
• Сосуд с водой.
• Нагреватель (плитка или спиртовка).

Алгоритм проведения эксперимента

1. Измерение массы: С помощью весов определите массу сухого свинцового тела ( $m_{Pb}$) и массу воды ( $m_w$), которую вы нальете в калориметр. Подготовка воды: Налейте воду в калориметр и измерьте её начальную температуру ( $t_w$). Нагрев свинца: Поместите свинец в кипящую воду или специальный нагреватель. Дождитесь теплового равновесия, чтобы температура свинца ( $t_{Pb}$) стала известна (обычно это температура кипения воды, то есть $100$ °C). Смешивание: Быстро перенесите нагретый свинец в калориметр с водой. Закройте крышку и аккуратно перемешайте воду. Фиксация результата: Дождитесь установления окончательной температуры смеси ( $t_f$), когда столбик термометра перестанет расти.

Расчетная формула Согласно уравнению теплового баланса, количество теплоты, отданное свинцом ( $Q_{out}$), равно количеству теплоты, полученному водой ( $Q_{in}$): $Q_{out}=Q_{in}$ $c_{Pb}\cdot m_{Pb}\cdot (t_{Pb}-t_f)=c_w\cdot m_w\cdot (t_f-t_w)$Отсюда выводится формула для нахождения удельной теплоемкости свинца ( $c_{Pb}$): $c_{Pb}=\frac{c_w\cdot m_w\cdot (t_f-t_w)}{m_{Pb}\cdot (t_{Pb}-t_f)}$ Где:

• $c_w$ — удельная теплоемкость воды (принимается за $4200$ Дж/(кг·°C)). $m_w,m_{Pb}$ — массы воды и свинца в кг. $t_w,t_{Pb}$ — начальные температуры воды и свинца. $t_f$ — установившаяся температура смеси.

Факторы, влияющие на точность

• Теплоемкость калориметра: Часть тепла поглощает сам внутренний стакан калориметра. Для более точного расчета к правой части уравнения добавляют слагаемое $C_{cal}\cdot (t_f-t_w)$, где $C_{cal}$ — теплоемкость сосуда. Скорость переноса: Если переносить свинец медленно, он успеет остыть в воздухе, что занизит итоговый результат. Потери тепла: Недостаточная теплоизоляция калориметра приводит к погрешностям.

Справочное значение удельной теплоемкости свинца составляет примерно 130 Дж/(кг·°C). Сравнение полученного результата с этим числом позволяет оценить погрешность эксперимента. Я могу подготовить для вас таблицу для записи данных эксперимента или пример расчета с конкретными числами.