Определение удельной теплоты парообразования воды

В жидкостях молекулы расположены беспорядочно, но их центры находятся друг от друга на расстояниях порядка диаметра молекулы, поэтому силы взаимного притяжения между ними значительны. Молекулы не могут двигаться свободно, как в газе. Каждая молекула совершает колебательное движение во всевозможных направлениях около некоторого положения равновесия. Но она не остается длительное время в этом месте, а перескакивает в соседнее положение равновесия.

При нагревании жидкости (воды) большая часть теплоты идет на увеличение ее внутренней энергии, так как температура воды повышается, и меньшая часть – на испарение. Во время кипения температура воды остается постоянной, это значит, что подводимое к жидкости количество теплоты идет на испарение, т. е. на увеличение потенциальной энергии молекул при их выходе из жидкости (температура кипящей воды и пара одинаковы) и на работу по увеличению объема вещества. В этот момент внутренняя энергия воды не повышается, а повышается внутренняя энергия пара за счет изменения потенциальной энергии молекул. Прекращение притока теплоты приводит к прекращению кипения.

Чтобы температура испаряющейся жидкости не изменялась, к жидкости необходимо подводить определенное количество теплоты.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры называется удельной теплотой парообразования.

Удельная теплота парообразования обозначается буквой L и ее единицей измерения является ;.

Удельная теплота парообразования показывает, как изменяется внутренняя энергия вещества массой 1 кг при переходе из жидкого состояния в пар при постоянной температуре.

С повышением температуры жидкости удельная теплота парообразования уменьшается, так как с повышением температуры увеличивается скорость теплового движения молекул, а, следовательно, и их кинетическая энергия.

Чтобы подсчитать количество теплоты, необходимое для превращения в пар жидкости любой массы m, взятой при температуре кипения, нужно удельную теплоту парообразования умножить на массу:

Практическая часть

Цель работы: определить удельную теплоту парообразования воды.

Приборы и материалы: весы с разновесом, сосуд с водой, секундомер, термометр, калориметр, электроплитка.

Выполнение работы

1. Взвешиваю воду на весах и наливаю ее в калориметр.

2. Включаю электроплитку и ставлю на нее калориметр с водой.

3. Измеряю время τ1, необходимое для того, чтобы вода нагрелась от 80 °С до 90 °С.

4. Измеряю время τ2, необходимое для того, чтобы вода испарилась. За начало отсчета времени принимаю момент кипения воды ().

5. Считаю, что калориметр принимает от плитки в единицу времени Q количество теплоты и тепловая отдача плитки ηQ в обоих случаях одинакова, т. к. значения температуры 80 – 90 °С и 100 °С близки. Исходя из уравнения теплового баланса определяю удельную теплоту парообразования воды.

, где (t2 – t1) = 10 °С.

6. Оцениваю погрешность измерений: а) абсолютную:

б) относительную

7. Записываю результат

8. Делаю вывод: выполнив экспериментальное задание, я научился определять удельную теплоту парообразования воды.