Удельная теплоемкость

Из алюминия, стали и свинца изготавливаются цилиндры, имеющие одинаковую массу - 250 г. Так как плотность этих металлов различна и поэтому цилиндры имеют разные размеры, то необходимо с помощью весов продемонстрировать ученикам одинаковость масс этих тел.

В три одинаковые стакана наливается горячая вода равной массы. Температура горячей воды измеряется в условных единицах с помощью термопары, подключенной к демонстрационному гальванометру от вольтметра. Температура цилиндров равна комнатной и в эксперименте не измеряется.

Цилиндры помещают в стаканы с горячей водой. Потребуется некоторое время для того, чтобы в стаканах установилось тепловое равновесие. В это время учитель объясняет ученикам, что в данный момент энергия горячей воды поглощается металлом. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока температура металла в каждом стакане на станет равной температуре воды.

Вновь измеряется температура воды в каждом стакане. Гальванометр показывает, что в стаканах вода имеет разную температуру. Самая низкая температура в стакане с алюминиевым цилиндром и самая высокая - в стакане со свинцом.

Это свидетельствует о том, что различные металлы по-разному поглотили часть энергии воды, т. е. имеют разную удельную теплоемкость.

В нашем опыте при измерении температуры горячей воды стрелка гальванометра отклонялась на 2,5 деления. После того как поместили в стаканы металлические цилиндры и установилось тепловое равновесие, температура воды в условных единицах в стакане со свинцом стала 2 ед., в стакане со стальным цилиндром - 1,5 ед., в стакане с алюминием - 1 ед.

Термопара после каждого измерения опускалась в стакан с водой комнатной температуры до возвращения стрелки гальванометра на нуль (рис. 257). Масса воды в каждом стакане была 150 г.

Рис. 257

Для успеха опыта масса воды в стакане имеет существенное значение. Если взять воду большой массы, то изменение ее температуры будет незначительным. Поэтому воды в стакан наливают столько, чтобы она лишь покрывала погруженный в нее металлический цилиндр.

Разумеется, в этом опыте можно использовать и другие способы измерения температуры. Мы остановились на термопаре потому, что она обладает сравнительно малой теплоемкостью и небольшой тепловой инерционностью, поэтому мало влияет на температуру воды и позволяет сравнительно быстро производить измерения.

В этом опыте важно зафиксировать факт изменения температуры. Абсолютные значения температур не имеют принципиальной важности.

Вместо гальванометра от вольтметра можно использовать зеркальный гальванометр. Надо лишь учесть, что при включенном делителе *1 световой зайчик отклоняется на 10 делений шкалы при изменении температуры термопары на 5°С. При делителе X 10 такое же отклонение по шкале происходит при изменении температуры на 40°С.