Цель работы: экспериментальное и расчетное определение для меди теплоемкости cp, cv, термического коэффициента линейного расширения αp и коэффициентов адиабатической βS и изотермической сжимаемости βT.
Теоретическая часть.
Термодинамика вводит в физику следующие термодинамические коэффициенты:
теплоемкости при постоянном давлении и объеме
и 
; (1а, б)
термический коэффициент расширения
; (2)
коэффициенты изотермической и адиабатической сжимаемости
, 
. (3а, б)
Термические коэффициенты αp, βT, βS связаны между собой и теплоемкостями cp и cv равенствами:
; 
. (4), (5)
Определив из опытных данных cp, термический коэффициент расширения αp и адиабатическую сжимаемость βS, расчетом по формулам (4, 5) получим cv и βT – термодинамические коэффициенты с большим трудом поддающиеся экспериментальному определению.
В настоящей работе для измерения теплоемкости и термического коэффициента расширения используются классические методы теплофизических исследований – метод калориметра с изотермической оболочкой и интерференционный дилатометр Физо. Определение адиабатической сжимаемости βS проводится по результатам измерения скорости продольных упругих волн wl и плотности вещества ρ по формуле Лапласа:
, (6)
вT = 
+ вS,
,
Описание установки
ИЗМЕРЕНИЕ ТКЛР
При измерениях ТКЛР (рис. 1) интерференционная ячейка, состоящая из исследуемого образца и двух зеркал интерферометра, освещается пучком излучения лазера с длиной волны λ = 0,63 мкм или λ = 0,53 мкм
Рис. 1. Интерференционный дилатометр:
а) принципиальная схема дилатометра: 1 – лазер; 2 – делительный кубик; 3 – призма; 4 – обогреваемый контейнер; 5, 7 – зеркала интерферометра; 6 – образец; 8 – термопара; 9 ‑ экран с отверстием; 10 ‑ фотодиод;
б) изменение сигнала фотодиода при нагреве образца
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ
Экспериментальная установка, используемая для измерения теплоемкости, основана на методе калориметра с изотермической оболочкой. Сущность метода заключается в следующем. К образцу (рис. 2), окруженному изотермической оболочкой, в течение некоторого промежутка времени подводится тепловая мощность W0. Производится регистрация температур оболочки T0 и образца T1 в процессах нагрева и охлаждения образца.
Рис. 2. Метод калориметра с изотермической оболочкой:
а) принципиальная схема калориметра: 1 – образец; 2 – изотермическая оболочка; 3 ‑ источник питания нагревателя; 4 – образцовое сопротивление; 5 – дифференциальная термопара образец – оболочка; 6 – термопара изотермической оболочки;
б) изменение температуры образца, температуры изотермической оболочки и мощности нагревателя при измерениях
Результаты измерений и обработка экспериментальных данных
Сp, Дж/(кг К) | б, 10-6 К-1 | wl, м/с | Сv, Дж/(кг К) | вS, 10-9, Па-1 | в T, 10-9, Па-1 |
399.57 | 17.2 | 4660 | 401.5 | 51.8 | 52 |
Заключение.
В работе теплоемкость cp, термический коэффициент линейного расширения α и скорость звуки w определялись экспериментально
Значения теплоемкости cv и коэффициентов адиабатической βS и изотермической сжимаемости βT рассчитывались.
Термодинамические коэффициенты вs и вT достаточно близки по величине. Это является характерным для твёрдых тел.
НИЯУ МИФИ
Лабораторная работа №8
«Термодинамические коэффициенты твердого тела»
Выполнил студент группы
Ф5-02
