Вивчення особливостей теплового розширення води
Дослідження залежності коефіцієнту теплового розширення води від температури з врахуванням розширення скла. Фізичні особливості води як рідини. Зміна її просторової структури при аномальному тепловому розширенні, обчислення температурного коефіцієнту.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | лабораторная работа |
Язык | украинский |
Дата добавления | 29.07.2017 |
Размер файла | 35,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Вивчення особливостей теплового розширення води
Мета роботи: Дослідити, як залежить коефіцієнт теплового розширення води від температури.
Прилади і матеріали: Тонкостінна скляна колба об'ємом 0,5 л з пробкою, через яку пропущені трубка довжиною 40 см з внутрішнім діаметром біля 2 мм і термометр, посудина об'ємом 2-З л, вода, кухонна сіль, лід, молоток, велика кювета.
1.Теоретичні відомості
Вода має багато особливостей, які різко виділяють її з усіх інших рідин. Питома теплоємність води (4186 ) значно вища, ніж у інших речовин (майже в 10 разів більша, ніж у заліза, і в 35 раз більша, ніж у свинцю). Велика питома теплота пароутворення води (2,45 при 20°С); з усіх рідин (крім ртуті) вода має найбільше значення коефіцієнту поверхневого натягу (72,7 при 20°С). При зниженні температури вода спочатку стискується, досягаючи максимальної густини при 4°С (точніше, при 3,98°С), а потім починає розширюватись, хоч температура її знижується. При замерзанні вода розширюється, а не стискується, як більшість речовин, і густина її зменшується. Об'єм льоду на 9 % більший від об'єму рідкої води, з якої він утворюється, тому лід плаває на поверхні води. Всі ці властивості пояснюються структурою води. Молекула води схожа на рівнобедрений трикутник, в основі якого два протони, а у вершині - атом кисню. В кристалі льоду між молекулами води існують водневі зв'язки, що виникають за рахунок ковалентної взаємодії атома водню однієї молекули з атомом кисню другої. В результаті утворюється сітчаста (ажурна) структура, в якій багато пустот. Розміри цих пустот трохи більші діаметра молекул. Пустоти утворюють канали, оточені кільцями, кожне з яких складається з шести молекул води. В зв'язку з такою будовою лід має густину меншу, ніж вода.
Речовини, між молекулами яких існують водневі зв'язки, в процесі плавлення частково ці зв'язки втрачають. За даними рентгенографічних досліджень встановлено, що у воді в основному зберігається розташування молекул, властиве структурі льоду. Однак строгий порядок в розташуванні молекул під час плавлення льоду порушується, пустоти частково заповнюються і густина збільшується. При нагріванні води від 0°С до 4°С продовжується зміна просторової структури, причому ефект зменшення об'єму за рахунок більш щільної упаковки молекул перевищує результат зростання теплового руху молекул. Тому в інтервалі температур від 0°С до 4°С густина води зростає. При нагріванні вище 4°С об'єм води буде вже збільшуватись.
Слід відмітити, що вода не єдина речовина, у якої спостерігається аномальне теплове розширення. Алмаз починає розширюватись при охолодженні нижче 42°С, йодисте срібло при нагріванні від -10°С до +142°С зменшує свій об'єм.
В даній роботі пропонується визначити температурний коефіцієнт об'ємного розширення води в інтервалі температур від 0°С до 20°С. Нагадаємо, що коефіцієнт об'ємного розширення в дорівнює:
,(1)
де - зміна об'єму води при зміні температури на :
,
Прилад для визначення коефіцієнта об'ємного розширення зображено на рис 1. Він складається з колби 1, яка закрита гумовою пробкою 2. Через пробку пропущено термометр 3 і скляна трубка 4 довжиною 30 - 40 см з внутрішнім діаметром біля 2 мм. Поруч з трубкою розміщена лінійка 5. Колба заповнюється водою так, щоб після закривання пробкою в ній не було бульбашок повітря, а рівень води в трубці 4 був приблизно на висоті ѕ від довжини трубки при температурі 20°С. Як правило, до початку роботи колба вже заповнена водою. Для зміни температури води в колбі її ставлять в іншу посудину 6 з водою; знижувати температуру води в посудині можна з допомогою льоду 7, підвищувати ? доливаючи невеликими порціями теплу воду або просто залишивши колбу в повітрі кімнати.
Зміна об'єму води в колбі визначається зміною висоти стовпчика води в трубці 4: , де d - внутрішній діаметр трубки 4, . Об'єм колби визначається при її заповненні; в даній установці V0=290 мл.
2.Хід роботи
Виміряйте внутрішній діаметр трубки d. Для цього виріжте з цупкого паперу трикутник з висотою АВ=1 см і основою СВ=10 см. (рис.2). Зображуючи на папері трикутник, поставте на ньому поділки через 1 або 2 мм. При акуратному виготовленні трикутника похибка визначення діаметра не буде перевищувати 0,1-0,2 мм. Для визначення діаметра в отвір трубки (зверху) введіть трикутник гострим кутом С так, щоб сторони трикутника СА і СВ доторкнулись до країв трубки. Визначте, на яку відстань трикутник опустився в трубку. Наприклад, краї трубки знаходяться навпроти поділки 2,2 см; це означає, що діаметр трубки дорівнює 2,2 мм.
2. Якщо вода в колбі має кімнатну температуру, то налийте в посудину 6 холодну воду (приблизно на 3-4 см) і поставте в посудину колбу. Запишіть покази термометра і положення стовпчика води в трубці 7 за шкалою лінійки 5.
3. Приблизно 0,5 кг льоду розбийте молотком на шматочки (лід слід тримати в руці або використовувати спеціальну підставку).
4. Одразу покладіть увесь лід в посудину 6 і записуйте положення стовпчика води і покази термометра через 1єС.
5. При температурі води в колбі біля 2°С зниження температури стає надто повільним. Прискорити охолодження можна, посипавши лід в посудині кухонною сіллю.
6. Після того, як вода в колбі охолоне до 0°С, витягніть колбу з посудини і поставте її в кювету на лабораторному столі.
7. Вода в колбі буде повільно нагріватись від оточуючого повітря. Знову через 1єС записуйте покази термометра і положення стовпчика води в трубці.
8. Який висновок можна зробити за даними досліду?
9. Обчисліть температурний коефіцієнт об'ємного розширення води за формулою (1). Нагадаємо, що V0 = 290 мл;
Розрахунки виконайте для інтервалів температур:0°- 1є, 1є- 2°, 2°- 3°, 3°- 4°, 4°- 5°, 5°- 6°, 6°- 8°, 8є-10є, 10°- 15°, 15°- 20°.
3.Додаткове завдання
вода тепловий розширення
Виконайте обчислення температурного коефіцієнту об'ємного розширення води з врахуванням розширення скла. При зміні температури зміна об'єму посудини із-за розширення скла дорівнює
,
а зміна висоти стовпчика води в трубці 4 становить
.
.
4.Контрольні запитання
1. Чому при нагріванні тіла розширюються?
2. Як визначити коефіцієнт об'ємного розширення твердих тіл через їх коефіцієнт лінійного розширення?
3. В чому полягають і чим пояснюються особливості теплового розширення води?
Табл.1. Температурний коефіцієнт об'ємного розширення води
Температура води |
0 |
1є |
2є |
3є |
4є |
5є |
10є |
20є |
30є |
40є |
|
- 63 |
- 49 |
- 31 |
- 15 |
0,0 |
17 |
95 |
210 |
300 |
390 |
Температурний коефіцієнт лінійного розширення скла дорівнює об'ємного -
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Залежність коефіцієнт теплового розширення води та скла від температури. Обчислення температурного коефіцієнту об'ємного розширення води з врахуванням розширення скла. Чому при нагріванні тіла розширюються. Особливості теплового розширення води.
лабораторная работа [278,4 K], добавлен 20.09.2008Сутність і особливості поширення води на планеті Земля. Ізотопного складу, конструкція молекули води, фізичні властивості води, їх аномальність. Переохолоджена вода. Аномалія стіслівості. Поверхневий натяг. Аномалія теплоемності. Структура та форми льоду.
реферат [31,3 K], добавлен 18.12.2008Кристалічна структура води, її структурований стан та можливість відображати нашу свідомість. Види і характеристики води в її різних фізичних станах. Досвід цілющого впливу омагніченої води. Графіки її початкового й кінцевого потенціалів за зміною в часі.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 26.03.2014Короткий історичний опис теорії теплопередачі. Закон охолодження Ньютона, закон Фур’є. Аналіз часу охолодження води в одній посудині, часу охолодження води в пластиковій склянці, що знаходиться в іншій пластиковій склянці. Порівняння часу охолодження.
контрольная работа [427,2 K], добавлен 20.04.2019Розрахунок і коригування вихідного складу води. Коагуляція з вапнуванням і магнезіальних знекремнювання вихідної води. Розрахунок складу домішок по етапах обробки. Вибір підігрівачів тепломережі та побудова графіку якісного регулювання режиму роботи.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 24.08.2014Визначення параметрів пари і води турбоустановки. Побудова процесу розширення пари. Дослідження основних енергетичних показників енергоблоку. Вибір обладнання паросилової електростанції. Розрахунок потужності турбіни, енергетичного балансу турбоустановки.
курсовая работа [202,9 K], добавлен 02.04.2015Визначення загальної твердості вихідної, хімоочищеної, живильної і тепломережевої води комплеснометричним методом. Титрування досліджувальної проби води розчином трилону Б в присутності аміачної суміші і індикатора хромогенчорного або хромтемносинього.
лабораторная работа [25,7 K], добавлен 05.02.2010Рух молекул у рідинах. Густина і питома вага рідини. Поняття про ідеальну рідину. Поверхневий натяг, змочуваність і капілярні явища. Перехід з рідкого у газоподібний стан і навпаки. Зміна об'єму та густини рідини. Випаровування, конденсація, кавітація.
реферат [69,5 K], добавлен 22.12.2013Методика проведення уроків з теми «теплове розширення тіл при нагріванні» в умовах поглибленого вивчення фізики. Аналіз програми із фізики типової школи та програми профільного навчання фізики. Кристалічні та аморфні тіла. Теплове розширення тіл. План - к
курсовая работа [384,2 K], добавлен 24.06.2008Поверхневий натяг рідини та його коефіцієнт. Дослідження впливу на поверхневий натяг води розчинення в ній деяких речовин. В чому полягає явище змочування та незмочування, капілярні явища. Як залежить коефіцієнт поверхневого натягу від домішок.
лабораторная работа [261,2 K], добавлен 20.09.2008