Лабораторна робота № 10.
ВИВЧЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ТЕПЛОВОГО РОЗШИРЕННЯ ВОДИ
Мета роботи: Дослідити, як залежить коефіцієнт теплового розширення води від температури.
Прилади і матеріали: Тонкостінна скляна колба об'ємом 0,5л з пробкою, через яку пропущені трубка довжиною 40см з внутрішнім діаметром біля 2мм і термометр, посудина об'ємом 2-Зл, вода, кухонна сіль, лід, молоток, велика кювета.
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 β дорівнює:
(1)
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 3і 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 ¾ від довжини трубки при температурі 20°С. Як правило, до початку роботи колба вже буде 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.
Об'єм колби визначається при її заповненні; в даній установці V0=290мл.
Хід роботи.
1. Виміряйте внутрішній діаметр трубки d. Для цього виріжте з цупкого паперу трикутник з висотою АВ=1 см і основою СВ=10см. (рис.2). При зображенні на папері трикутника поставте на ньому поділки через 1 або 2мм. При акуратному виготовленні трикутника похибка визначення діаметра не буде перевищувати 0,1-0,2мм. 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 2,6см; це означає, що діаметр трубки дорівнює 2,6мм.
2. Якщо вода в колбі має кімнатну температуру, то налийте в посудину 6 холодну воду (приблизно на 4-5см) і поставте в посудину колбу. Запишіть покази термометра і положення стовпчика води в трубці 7 за шкалою лінійки 5.
3. Приблизно 0,5кг 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 1ºС.
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 1ºС 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°- 1º, 1º- 2°, 2°- 3°, 3°- 4°, 4°- 5°, 5°- 6°, 6°- 7°, 7°- 8°, 8º- 10º, 10°-15°, 15°-20.
Додаткове завдання.
Виконайте обчислення температурного коефіцієнту об'ємного розширення води з врахуванням розширення скла.
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 | 1º | 2º | 3º | 4º | 5º | 10º | 20º | 30º | 40º |
|
| - 63 | - 49 | - 31 | - 15 | 0,0 | 17 | 95 | 210 | 300 | 390 |
Температурний коефіцієнт лінійного розширення скла дорівнює 
об’ємного – 
Похожие работы
... тіл не вводиться взагалі, вивчається лише така тема як «Будова і властивості твердих тіл. Кристалічні й аморфні тіла. Рідкі кристали та їх властивості. Полімери: їх властивості і застосування». Тому вивчення теплового розширення тіл можливе тільки в умовах поглибленого, профільного вивчення фізики у школі. Згідно програм для профільного вивчення фізики ми маємо одну годину часу на вивчення ...
... та водовідведення Дніпропетровської області. Розкрито шляхи подолання існуючих екологічних проблем цього регіону та пріоритети майбутнього удосконалення систем водоспоживання та водовідведення. Розділ 3. Екологічні проблеми водоспоживання та водовідведення та шляхи їх подолання 3.1 Методики фільтрації води та їх використання при водоспоживанні та водовідведенні 3.1.1 Фільтрування Фі ...
... , що „Трудове навчання” – загальноосвітній навчальний предмет, який можна поставити з усіма іншими в один ряд. РОЗДІЛ 2. Експериментальне дослідження особливостей дитячої творчості на уроках трудового навчання в початкових класах 2.1 Організація і зміст експериментального дослідження Шкільний курс трудового навчання має великі можливості для здійснення творчого розвитку молодших школяр ...
... ”. Вона має значно більшу мінералізацію, твердість, погіршені смакові якості, у деяких районах вода має запах нафти. 1.2. Якісна характеристика води на Херсонщині. Однією з найболючіших проблем області є стан питних вод. Саме цей фактор серйозно впливає на здоров’я населення області, зокрема, на сольовий баланс системи травлення, появу злоякісних пухлин, порушує діяльність кровотворної, ...
0 комментариев