Лабораторная работа: Дослідне підтвердження закону Бойля-Маріотта

1 Мета роботи: дослідним шляхом перевірити закон П.Л. Дюлонга і А.Г. Пті.

2Прилади і обладнання :

Алюмінієве, мідне і залізне тіла, масою 50-100 г

Калориметр

Термометр

Посуд з водою

Електроплитка

Важелі з важками

Мензурка (одна на всіх)

Загальні теоретичні положення

Молекули і атоми різних речовин перебувають у безперервному хаотичному (невпорядкованому) русі. У твердих тілах вони коливаються навколо положень рівноваги, тобто, вліво – вправо, вверх – вниз, вперед – назад та в різних напрямках. Це обумовлено існуванням у твердих тілах кристалічної решітки. У рідинах молекули та атоми рухаються коливально – обертально, тому що стикаються між собою та хаотично рухаються навколо один одного. У газах молекули та атоми рухаються поступально, а після зіткнення один з одним змінюють напрямок руху.

При нагріванні речовини збільшуються інтенсивність і середня швидкість руху молекул та атомів, але це відбувається для різних речовин по різному. Одна речовина швидше нагрівається, ніж інша, тому що вони мають різні маси у молекул, різні сили взаємодії між молекулами, атомами.

Температура є макропараметром, який характеризує інтенсивність руху великої кількості молекул, атомів. Чим більша температура – тим більші середні швидкості руху молекул та атомів і більша внутрішня (теплова) енергія тіла.

При теплообміні більш нагріте тіло (електроплита) передає теплову енергію менш нагрітому тілу (чайнику з водою). Або теплообмін відбувається між двома тілами з різними початковими температурами: у більш нагрітого тіла температура зменшується, а у менш нагрітого тіла температура збільшується. Коли їхні температури зрівняються, теплопередача зупиняється і наступає теплова рівновага.

Щоб визначити кількість теплоти Q , яку потрібно надати тілу масою m для його нагрівання від температури t ₁ до температури t ₂ використовують формулу:

, (1)

Питома теплоємкість речовини с – це кількість теплоти, яку надають тілу масою 1кг для його нагрівання на 1 ⁰ С .

Молярна теплоємкість речовини С – це кількість теплоти, яку надають тілу, яке складається з 6,02 10²³ штук молекул або атомів ( це відповідає кількості речовини ν = 1 моль ) для його нагрівання на 1 ⁰ С .

Теплоємкість одного моля речовини називають його молярною теплоємкістю.

Молярна теплоємкість зв’язана з питомою теплоємкістю тої самої речовини:

, (2)

де М – молярна маса твердих речовин, ;

С - молярна теплоємкість твердих речовин, ;

с - питома теплоємкість твердих речовин, ;

Для твердих речовин молярні теплоємкості при постійному тиску С_р і при постійному об’ємі С_V однакові, тому говорять просто про питому теплоємкість.

Як було встановлено П.Л. Дюлонгом і А.Г. Пті, молярна теплоємкість твердих одноатомних тіл майже однакова і дорівнює:

, (3)

де R= 8,31 – універсальна газова стала.

Закон Дюлонга і Пті є дійсним для твердих одноатомних тіл для достатньо високих температур. Для більшості тіл такою високою температурою є вже кімнатна температура.

Для деяких тіл з малою атомною масою, наприклад, берилію, бора, вуглецю (структури алмазу), молярну теплоємкість можна визначити і при високих температурах за законом Дюлонга і Пті. Навпаки, при охолоджені, для всіх тіл закон Дюлонга і Пті не дає точне визначення молярної теплоємкості, тобто, є відходження від закону.