№ 2. Измерение удельной теплоёмкости твёрдого тела. Цель работы: определить удельную теплоёмкость металлического цилиндра. Приборы и материалы: стакан с водой, калориметр, термометр, весы, гири, металлический цилиндр на нити, сосуд с горячей водой. Указания к работе: 1. Налейте в калориметр воду массой 100—150 г комнатной температуры. Измерьте температуру воды. 2. Нагрейте цилиндр в сосуде с горячей водой. Измерьте её температуру (эта температура и будет начальной температурой цилиндра). Затем опустите его в калориметр с водой. 3. Измерьте температуру воды в калориметре после опускания цилиндра. 4. С помощью весов определите массу металлического цилиндра, предварительно обсушив его.

Чтобы найти удельную теплоёмкость цилиндра, используют закон сохранения энергии: в идеальном случае тепло, отданное цилиндром, равно теплу, полученному водой. На фотографии нет результатов измерений, поэтому ниже приведён условный пример; замените его числа своими измерениями.

1. Измерим массу воды и её начальную температуру: условно примем m_в = 120 г = 0,120 кг и t_в = 20 °C. Масса воды находится в указанном диапазоне 100—150 г.

2. Нагреем цилиндр в горячей воде и измерим её температуру. Условно примем начальную температуру цилиндра t_ц = 100 °C; затем поместим цилиндр в калориметр.

3. После установления теплового равновесия измерим общую конечную температуру: условно t = 24 °C.

4. Обсушим цилиндр и взвесим его: условно m_ц = 200 г = 0,200 кг.

Для воды примем удельную теплоёмкость c_в = 4200 Дж/(кг·°C). Тепло, полученное водой: \(Q_{в}=c_{в}m_{в}(t-t_{в})\). Тепло, отданное цилиндром: \(Q_{ц}=c_{ц}m_{ц}(t_{ц}-t)\).

Приравняем эти количества теплоты и выразим удельную теплоёмкость цилиндра:

\(c_{ц}=\frac{c_{в}m_{в}(t-t_{в})}{m_{ц}(t_{ц}-t)}\).

Подставим условные данные:

\(c_{ц}=\frac{4200\cdot0.120\cdot(24-20)}{0.200\cdot(100-24)}=\frac{2016}{15.2}\approx132.6\).

В этом примере теплоёмкостью калориметра и потерями тепла пренебрегаем, поскольку их значения не приведены. Если теплоёмкость калориметра известна, тепло, полученное им, также нужно учитывать.

Ответ: в условном примере удельная теплоёмкость цилиндра составляет примерно 133 Дж/(кг·°C). Для результата опыта подставьте фактически измеренные массы и температуры.