Двигателем внутреннего сгорания называется поршневой тепловой двигатель, в котором топливо сжигается. Основные части двигателя: цилиндр, поршень, шатун. В ДВС рабочее тело — газообразные продукты, полученные от сгорания топлива. Температура газов достигает при этом 1500—2000° С и выше, что вызывает значительные тепловые напряжения стенок цилиндра. Это требует более высокой технической культуры при производстве двигателей и их обслуживании.
Принцип действия двигателя: в цилиндр вводится горючая смесь из воздуха и топлива, затем эта смесь сжимается поршнем и ия воспламеняется. Образовавшиеся газообразные продукты сгорания вызывают повышение давления в цилиндре. Под давлением расширяющихся газов поршень перемещается, передавая движение на вал. После расширения продукты сгорания удаляются из цилиндра. Затем все повторяется вновь.
Тема сегодняшнего занятия посвящена тому, каким образом можно определить удельную теплоемкость вещества опытным путем, т. е. на практике. Конкретно мы рассмотрим определение теплоемкости на примере твердого тела – металлического (латунного) цилиндра.
Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра.
Объект исследования: латунный цилиндр, подвешенный на нити.
Приборы и материалы: металлический цилиндр на нити (рис. 1), стакан с горячей и стакан с холодной водой (рис. 2), два термометра (рис. 3), весы (рис. 4), калориметр (рис. 5).



Рис. 1. Металлический цилиндр (Источник)
Рис. 2. Стакан с водой (Источник)
Рис. 3. Термометр (Источник)


Рис. 4. Весы (Источник)
Рис. 5. Калориметр (Источник)
Ход работы
1. Поместим металлический цилиндр в стакан с горячей водой и измерим термометром ее температуру. Она будет равняться температуре цилиндра, т. к. через определенное время температуры воды и цилиндра сравняются.
2. Затем нальем в калориметр холодную воду и измерим ее температуру.
3. После этого поместим привязанный на нитке цилиндр в калориметр с холодной водой и, помешивая в нем воду термометром, измерим установившуюся в результате теплообмена температуру (рис. 6).

Рис. 6. Ход выполнения лабораторной работы
Обработка данных и вычисление результата
Измеренная установившаяся конечная температура в калориметре и остальные данные позволят нам рассчитать удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Вычислять искомую величину мы будем исходя из того, что, остывая, цилиндр отдает ровно такое же количество теплоты, что и получает вода при нагревании, происходит так называемый теплообмен (рис. 7).

Рис. 7. Теплообмен
Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды необходимо количество теплоты:
, где:
 удельная теплоемкость воды (табличная величина), ;
 масса воды, которую можно определить с весов, кг;
 конечная температура воды и цилиндра, измеренная с термометра, o;
 начальная температура холодной воды, измеренная с термометра, o.
При остывании металлического цилиндра выделится количество теплоты:
, где:
 удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр (искомая величина), ;
 масса цилиндра, которую можно определить с весов, кг;
 температура горячей воды и, соответственно, начальная температура цилиндра, измеренная с термометра, o;
 конечная температура воды и цилиндра, измеренная с термометра, o.
Замечание. В обеих формулах мы вычитаем из большей температуры меньшую для определения положительного значения количества теплоты.
Как было указано ранее, в процессе теплообмена количество теплоты, полученное водой, равно количеству теплоты, которое отдал металлический цилиндр:
.
Следовательно, удельная теплоемкость материала цилиндра:

Полученные результаты в любой лабораторной работе удобно записывать в таблицу, причем проводить для получения усредненного максимально точно приближенного результата несколько измерений и вычислений. В нашем случае таблица может выглядеть примерно следующим образом:
Масса воды в калориметре
Начальная температура воды
Масса цилиндра
Начальная температура цилиндра
Конечная температура
, кг

, кг


Вывод: вычисленное значение удельной теплоемкости материала цилиндра .
Сегодня мы рассмотрели методику проведения лабораторной работы по измерению удельной теплоемкости твердого тела. На следующем уроке мы поговорим о выделении энергии при сгорании топлива.