Исследование теплоёмкости металлов

1. Цель  работы: экспериментально определить теплоемкость металлов при комнатной температуре и сравнить с теоретическими данными.

2. Краткое теоретическое содержание:

2.1 В данной работе предстоит исследовать явления, связанные с теплоёмкостью различных металлов. 

2.2 Теплоемкость тела - изменение тепловой энергии U при изменении температуры тела на один градус. 

В трехмерной кристаллической решетке тепловой нагрев приводит к очень сложному движению составляющих ее частиц. Если рассматривать индивидуальные частицы, то отыскание законов движения огромного числа атомов является безнадежной задачей. Однако такую совокупность колеблющихся частиц удается свести к коллективной модели, т.е. представить колебания решетки в виде совокупности не взаимодействующих плоских волн. Каждой волне, следуя идеям де Бройля, можно сопоставить частицу. В случае колебаний атомов в твердом теле эти частицы называются фононами. 

энергия Ферми (E_F) системы невзаимодействующих фермионов — это увеличение энергии основного состояния системы при добавлении одной частицы 

Фермио́н - в физике, частица (или квазичастица) с полуцелым значением спина. 

2.3 Законы и соотношения:

     Теплоемкость  металла равна сумме теплоемкостей  электронной и решеточной подсистем.

закон Дебая для теплоемкости твердых тел при  низких температурах:

закон Дюлонга и Пти: теплоемкость любого твердого тела не зависит от температуры и определяется только числом его атомов в единице объема.

3. Приборы, входящие в лабораторную работу:

Весы, калориметр, два брусочка металла – алюминий и железо, термометр, плитка и стеклянный стакан для разогрева воды. 

4. Расчетные формулы:

- формула для расчёта теплоёмкости  металла

где c_в =4,187 Дж/(г К)– удельная теплоемкость воды, tº_кип=100 ºС– температура кипения воды, С_k=66±1 Дж/К – теплоемкость калориметра, где tº_k1, tº_k2 – температура калориметра до и после внесения металла.  

5.Таблица  значений измерений  и расчетов:

Таблица №1

Таблица №2

6.Пример  расчетов:

0,048 Дж/(г К) 
 
 

0.049 Дж/(г К) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      7. Графики зависимостей

Вывод: итак, в ходе лабораторной работы была экспериментально определена теплоёмкость алюминия и железа, а также проверен закон Дюлонга и Пти.