ЛР 4. Определение удельной теплоты плавления льда. 2. Установить параметры льда: mл, tл. 3. Установить массу и удельную теплоёмкость калориметра mк, cк. 4. Установить параметры воды Vв, t₀; температура воды должна быть выше комнатной примерно на 40 °C. 5. Поместить кусочек льда в тёплую воду в калориметре и следить за показаниями термометра. 6. После полного таяния льда измерить и записать конечную установившуюся температуру воды t. 7. Определить удельную теплоту плавления льда по формуле (4), результаты занести в таблицу. 8. Определить абсолютную и относительную погрешности измерения. 9. Сформулировать выводы.

На рисунке указаны параметры установки: лёд — масса 0,566 кг, начальная температура −10 °C, удельная теплоёмкость 2100 Дж/(кг·°C); вода — объём 3 л, начальная температура 50 °C, удельная теплоёмкость 4200 Дж/(кг·°C); калориметр — масса 0,2 кг, удельная теплоёмкость 100 Дж/(кг·°C); конечная температура 49,6 °C.

Для расчёта принимаем плотность воды равной 1 кг/л, поэтому масса воды составляет 3 кг. Формула (4) на изображении не приведена; используем баланс теплоты, предполагая, что весь лёд растаял и теплообменом с окружающей средой можно пренебречь:

Теплота, отданная водой и калориметром: \(Q_{\text{отд}}=(m_{в}c_{в}+m_{к}c_{к})(t_0-t)\).

Теплота, полученная льдом: \(Q_{\text{пол}}=m_{л}c_{л}(0-t_{л})+m_{л}\lambda+m_{л}c_{в}t\).

Приравниваем эти количества теплоты и выражаем \(\lambda\):

\[\lambda=\frac{(m_{в}c_{в}+m_{к}c_{к})(t_0-t)}{m_{л}}-c_{л}(0-t_{л})-c_{в}t.\]

Подстановка данных даёт:

\[\lambda=\frac{(3\cdot4200+0.2\cdot100)(50-49.6)}{0.566}-2100\cdot10-4200\cdot49.6\approx-220408\ \text{Дж/кг}.\]

Полученное отрицательное значение физически невозможно. Согласно показаниям, вода и калориметр остыли лишь на 0,4 °C и отдали 5048 Дж, тогда как только нагревание льда от −10 °C до 0 °C и последующее нагревание полученной воды до 49,6 °C потребовали бы около 129302 Дж, ещё до учёта плавления. Следовательно, все приведённые показания не могут одновременно описывать завершённый опыт с указанной массой льда.

* Расчётное значение по указанным данным; оно указывает на несовместимость показаний, а не на физически возможную теплоту плавления. Теоретическое значение и правила оценки погрешности в видимой части задания не указаны, поэтому корректно заполнить столбцы погрешностей нельзя. Для их расчёта нужны согласованные результаты опыта и заданное в методичке значение λт либо указание, как его взять; для численной оценки погрешности измерений также нужны погрешности приборов.

Вывод: по показаниям на изображении нельзя получить достоверное значение удельной теплоты плавления льда. Перед заполнением итоговых граф следует проверить массу льда и показания начальной и конечной температур; для точного расчёта погрешностей требуется формула (4) и данные о точности измерений.