Wyznaczanie stałej elektrotermicznej za pomocą kalorymetru

Przepływ prąduJeżeli prąd o natężeniu i płynie w ciągu czasu t przez przewodnik, na którego końcach istnieje różnica potencjałów U, to prąd ten wykonuje pracę:

L=UIt=RI2t

Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, pracę tę można całkowicie zamienić na energię cieplną.

Prawo Joule'a-LenzaChcąc obliczyć, ile kalorii ciepła Q wydzieli się w powyższych warunkach, trzeba pracę L wyrażoną w dżulach pomnożyć przez współczynnik k określający, ile kalorii ciepła jest równoważne pracy lJ. Zatem:

Q = kL = kUIt = kRI2t [J]gdzie: k - stała elektrotermiczna (równoważnik cieplny pracy mechanicznej)

l J = 0,2389 cal 0,24 calk = 0,24 cal/J

l cal = 4,186 J (równoważnik mechaniczny ciepła)

Zasada pomiaru: należy zmierzyć pracę wykonaną przez prąd w określonym czasie oraz ciepło przez niego wydzielone do pomiaru ilości wydzielanego ciepła używa się kalorymetru

Kalorymetrużyty w ćwiczeniu posiada pokrywę zapewniającą izolację elektryczną i cieplną. W pokrywce są otwory na mieszadełko i termometr oraz dwa zaciski, do których doprowadzany jest prąd elektryczny. Zaciski te połączone są ze spiralą znajdującą się wewnątrz kalorymetru, która jest w czasie pomiaru zanurzona w wodzie. Prąd płynący przez spiralę wytwarza ciepło i ogrzewa wodę w kalorymetrze. Przyrost temperatury układu kalorymetrycznego odczytuje się za pomocą termometru.

Stała elektrotermiczna:

gdzie: mkck - równoważnik wodny kalorymetru,

mw, - masa wody, cw - ciepło właściwe wody, tp - temperatura początkowa, tk - temperatura końcowa.

Wykonanie ćwiczenia:1. Zważyć kalorymetr wraz z mieszadełkiem – mk

2. Zważyć kalorymetr z wodą i obliczyć masę wody - mw.3. Wykonać połączenia elektryczne według schematu:

4. Zmierzyć temperaturę początkową układu kalorymetrycznego.5. Włączyć prąd elektryczny i odczytać co 30 sekund wskazania termometru.6. Gdy temperatura wody podniesie się o około 5°C prąd wyłączyć.7. Zanotować czas przepływu prądu t. 8. Przez jeszcze około 5 minut obserwować przebieg zmian temperatury.9. Zanotować natężenie prądu oraz napięcie V.10. Obliczyć równoważnik elektrotermiczny na podstawie wzoru11. Powtórzyć pomiar:

z inną ilością wody, przy innym natężeniu prądu, zmieniając czas przepływu prądu.

Łączenie oporów:a) łączenie szeregowe oporów

R=R1+R2+R3+…+Rn

b) łączenie równoległe oporów

Praca i moc prądu:

Praca prądu Jest to praca wykonywana przez prąd elektryczny W = UIt dżul (J) Np. prąd o natężeniu 5 A płynący w czajniku podłączonym do napięcia 220 V wykonuje w ciągu

minuty pracę W= 220 V*5 A*60s = 66000 JMoc prądu

Praca, jaką wykonuje prąd w jednostce czasu P=W/t=UI wat (W) Np. moc prądu w czajniku wynosi 220 V*5 A = 1100 W