Tepelné vlastnosti pevných látek

Tepelné vlastnosti pevných látek

( skupenské změny a teplotní roztažnost )

V této laboratorní práci budeme měřit teplotu tuhnutí dvou různých látek a z časového průběhu teploty při tuhnutí určíme, zda jsou krystalické nebo amorfní. V druhé části změříme teplotní délkovou roztažnost měděné trubice a výsledek porovnáme s tabulkovou hodnotou.

1. Měření teploty tuhnutí

Bod tuhnutí je teplota, při níž je pevná fáze v termodynamické rovnováze s fází kapalnou při daném vnějším tlaku. Chemicky čisté krystalické látky tají a tuhnou při stejné teplotě, kterou lze v rámci malých změn vnějšího tlaku pokládat za konstantu. Chemicky nečisté amorfní látky tají a tuhnou v jistém teplotním intervalu.

Přímá metoda měření teploty tání ( tuhnutí ) spočívá v měření časové závislosti teploty ohřívané tuhé látky ( ochlazované kapalné látky ) v zařízení skládajícím se ze dvou nádob, jedna uvnitř druhé. Po praktické stránce je výhodnější nechat měřenou látku, která se nachází ve vnitřní nádobce roztát v ohřívané vodní lázni. Potom měříme v pravidelných časových intervalech ( co možná nejkratších ) teplotu této látky pomocí termistorového měřícího přístroje přímo ve ° C. Když se pokles teploty měřené látky zastaví, dochází ke skupenské přeměně. Tímto způsobem měříme bod tání amorfní látky a látky krystalické. Zda se jedná o amorfní, nebo krystalickou látku poznáme z tvaru grafu, který udává závislost teploty měřené látky na čase.

2. Měření teplotní délkové roztažnosti měděné trubice

Tuto veličinu budeme měřit tak, že necháme měděnou trubicí délky l protékat kapalinu ( v našem případě destilovanou vodu ), jejíž teplotu můžeme pomalu zvyšovat o určitou hodnotu pomocí elektrického termostatu. Každému zvýšení teploty D t trubice odpovídá zvětšení její délky o hodnotu D l, kterou měříme indikátorovými hodinkami. Z naměřených hodnot sestavíme graf, vypočítáme teplotní délkovou roztažnost mědi a výsledek porovnáme s tabulkovou hodnotou. Součinitel teplotní délkové roztažnosti vypočítáme podle vzorce: a = D l / l D t, jeho chybu určíme ze zákona šíření chyb.

Měření :

1. Teplotní délkové roztažnosti měděné trubice

	D t [ ° C]	D l [ m m]
1	36,3	0
2	40	29
3	43	52
4	46	74
5	49	99
6	52	121
7	55	145
8	60	185
9	65	224
10	70	263
11	75	303
12	80	341
13	85	381
14	90	427

D l / D t = ( 7,952 ± 0,002 ) m m / ° C

d ( D l / D t ) = 0,02 %

l = ( 502 ± 1 ) mm

d l = 0,2 %

Ze vzorce a = D l / l D t vypočítáme součinitel teplotní délkové roztažnosti a z následujícího vzorce jeho chybu :

a = ( 3,992 ± 0,008 ) 10 K

d a = 0,2 %

_____________________________________________

2. Bodu tuhnutí dvou různých látek

čas [ min ]	bílá látka - teplota [ ° C ]	hnědá látka - teplota [ ° C ]
0	96,0	95,6
1	95,7	95,4
2	95,1	95,1
3	94,5	94,6
4	93,7	94,3
5	92,7	93,4
6	92,0	92,6
7	90,1	90,6
8	88,9	89,2
9	88,2	88,6
10	87,2	87,8
11	86,9	87,1
12	86,2	86,5
13	85,5	85,8
14	84,6	85,1
15	83,7	84,3
16	83,1	83,8
17	82,8	83,0
18	82,0	82,3
19	81,2	81,8
20	80,8	80,5
21	80,3	79,8
22	79,8	79,2
23	79,2	78,5
24	78,7	77,9
25	79,3	77,3
26	79,6	76,7
27	79,6	76,2
28	79,5	75,6
29	79,4	75,1
30	79,3	74,6
31	79,2	73,9
32	79,1	73,4
33	79,0	72,8
34	78,8	72,3
35	78,7	71,8
36	78,5	71,3
37	78,6	70,8
38	78,7	70,3
39	78,4	69,8
40	78,0	69,3
41	77,2	68,8
42	75,0	68,3
43	71,0	67,8
44	69,6	67,4
45	68,7	66,9
46	68,1	66,5
47	67,5	66,0
48	67,1	65,6
49	66,6	65,1
50	66,1	64,7
51	65,7	64,2
52	65,2	63,9
53	64,7	63,7
54	64,3	63,7
55	63,9	63,6
56	63,5	63,5
57	63,1	63,5
58	62,7	63,3
59	62,4	63,1
60	61,9	62,9
61	61,6	62,7
62	61,2	62,4
63	60,8	62,1
64	60,4	61,5
65	59,7	61,2
66	59,3	60,8
67	58,9	60,4
68	58,5	59,9
69	58,0	59,6
70	57,7	59,1

Závěr :

Při měření teplotní délkové roztažnosti měděné tyče mi vyšla hodnota součinitele a pro mědˇ při 20° C rovna :

a = ( 3,992 ± 0,008 ) 10 K

d a = 0,2 %

Tabulková hodnota je a = 17 ·10 K .

Odchylka od tabulkové hodnoty bude způsobena nepřesnostmi v měření teploty měděné tyče a jejího prodloužení, kde se snažíme vykompenzovat vliv třecích sil, ale nikdy nedostaneme hodnotu prodloužení se stoprocentní přesností.

Při druhém měření mi vyšel bod tuhnutí bílé látky je asi 76,6 ° C, bod tuhnutí hnědé látky je asi 63,7 ° C. Těmto teplotám nejlépe odpovídají tabulkové hodnoty bodů tuhnutí kyseliny palmitové ( 63° C ) a naftalenu ( 80,5° C ). Žádné bližší hodnoty jsem v tabulkách nenalezl. Z tvaru křivek usuzuji, že bílá látka je krystalická a hnědá je amorfní.