Исследование кривых нагревания

Работа 26. Исследование кривых нагревания аморфного и кристаллического
веществ (10 класс)
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Изучение разницы в зависимости графиков изменения температуры во времени для
кристаллических и аморфных веществ при постоянной мощности теплоподвода.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ
Жидкости и твердые тела объединяют в группу, называемую конденсированным
состоянием вещества. Твердые тела при небольших воздействиях характеризуются
малыми деформациями, причем многие из твердых тел деформируются упруго. При
больших нагрузках деформации тела становятся пластическими. Под большим давлением
из металлической заготовки при комнатной температуре можно получить тонкую
проволоку продавливанием через фильеру (узкое отверстие). Некоторые твердые тела
проявляют свойство текучести и при небольших, но длительных нагрузках. Это позволяет
твердые тела разделить на две группы.
В первой группе не слишком сильные воздействия сопровождаются упругими
деформациями, практически исчезающими при снятии нагрузки, независимо от ее
длительности. Такие свойства проявляют кристаллы.
Вещества второй группы при достаточно быстрых деформациях ведут себя так же,
как кристаллы, но при длительных умеренных нагрузках обладают высокой текучестью,
характерной для жидкостей. Такие вещества называются аморфными. Стальной шарик,
положенный в стакан с садовым варом, будет медленно погружаться в него и через
несколько дней «утонет». Примерами аморфных твердых тел являются и обычные стекла,
сохраняющие остаточные деформации после длительных нагрузок (десятки и сотни лет).
Кристаллические и аморфные твердые тела отличаются не только по механическим,
но и по тепловым свойствам. Именно эти свойства позволяют отличить их друг от друга,
когда твердые тела измельчены в мелкий порошок и сравнение их механических свойств
затруднительно. Различие в поведении кристаллического и аморфного веществ при
нагревании и предстоит выявить в данной работе.







1
Оборудование
Пробирки с кристаллическим (зеленое) и аморфным (белым) веществами из набора
«кристаллизация»1
Два датчика температуры
КПК
Регистратор данных «Трилинк»
Стакан и широкогорлая колба из термостойкого стекла с горячей водой (рис.1)
Электрочайник с кипятком и сосуд с водопроводной водой
Салфетки
Учебное оборудование для кабинетов физики общеобразовательных учреждений. Под ред. Г.Г.
Никифорова. М., Дрофа, 2005.
Рис. 1
1.
2.
3.
4.
Монтаж экспериментальной установки
Выбрать пробирку с кристаллическим веществом.
Если вещество в пробирке представляет собой сплошную массу, а не порошок, то
расплавить его, опустив в колбу с горячей водой, опустить датчик температуры в
расплав и дать веществу затвердеть при остывании на воздухе или в холодной воде
так, чтобы кончик датчика температуры был погружен в середину твердого
вещества. Остудить пробирку до комнатной температуры.
Заготовить аналогичную пробирку с аморфным веществом и со вторым датчиком
температуры.
Подсоединить датчик температуры к «Трилинку», включить «Трилинк», нажав
кнопку
.
5. Включить КПК, провести настройку параметров измерений.


Настройка параметров измерений
Частота замеров – один раз в секунду
Количество замеров – 500
Порядок проведения эксперимента
1. Приготовьте в колбе воду при температуре 65оС, смешивая кипяток и воду при
комнатной температуре в соотношении примерно 60:40.
2. Подготовьте КПК к регистрации данных.
3. Опустите в колбу с водой обе пробирки и начинайте регистрацию, нажав кнопку
пуск ( ) на панели КПК или кнопку Пуск/Стоп (
) на «Трилинке». Темп
нагревания вещества не должен лежать в интервале 0,5–1,0 оС в секунду.
4. Следите за видом веществ в пробирке для включения наблюдений в отчет о работе.
При наличии фотоаппарата или веб-камеры фиксируйте эти изменения для
включения изображений в отчет.
5. После перехода обоих веществ в кристаллическое состояние и окончания
регистрации если при настройке параметров измерения поставлено большое чило
замеров или длительная регистрация, следует остановить регистрацию, нажав
кнопку
на панели КРП ил кнопку «Пуск/Стоп» на панели «Трилинка»).
6. Налейте воду при комнатной температуре в стакан и перенесите туда обе пробирки
с расплавленным веществом. Начинайте регистрацию кривых остывания веществ
кнопкой «Пуск» на панели КПК или кнопку «Пуск/Стоп» на «Трилинке»).
7. По окончании регистрации отключите датчики от «Трилинка», расплавьте
вещество в пробирках, опустив их в горячую воду, и дочиста вытрите датчики
температуры салфетками.
Анализ результатов эксперимента
1. Для обработки данных на ПК проведите процедуру синхронизации КПК с ПК. В
программе MultiLab выполните импорт данных из папки MultiLab Palm.
2. Проанализируйте, в чем разница в ходе графиков зависимости температуры
вещества от времени при одинаковой мощности теплоподвода для
кристаллического и аморфного веществ. Скопируйте график с кривой нагревания
для отчета.
3. Определите для кристаллического вещества температуру плавления и
кристаллизации.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОПРОСА И ЗАЩИТЫ ЛР
1. Как отличаются механические свойства аморфных и кристаллических твердых тел?
Приведите примеры.
2. Чем отличаются аморфные и кристаллические вещества по молекулярному строению?
3. Какие изменения происходят в структуре кристаллического вещества при плавлении?
На что затрачивается при этом подводимая к нему энергия в ходе теплопередачи?
4. Какой макропараметр вещества напрямую связан с кинетической энергией молекул
вещества? Как должна меняться температура вещества, если вся подводимая извне
энергия затрачивается на увеличение потенциальной энергии взаимодействия
молекул?
5. Как отличаются температура плавления и кристаллизации вещества? Удельная теплота
плавления и удельная теплота кристаллизации вещества?
6. Как бы вы назвали переход аморфного твердого вещества в жидкое?
ОТЧЕТ ПО РАБОТЕ
Отчет выполните в виде электронного документа в текстовом редакторе. Он должен
содержать:
 формулировку цели,
 основные определения и определения физических величин, характеризующих
изучаемое явление,
 фотографию схемы установки для проведения опыта,
 значения измеряемых величин в виде графика и таблицы,
 количественные величины, полученные в результате анализа эксперимента,
 выводы, содержащие ответы, сформулированные в цели эксперимента.