固體比熱容的測(cè)量

1、固體比熱容的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握基本的量熱方法一一混合法；2、測(cè)定金屬的比熱容；3、學(xué)習(xí)一種修正散熱的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器量熱器、溫度計(jì)（0、00-50、00 0C與0、0-100、0 0C各一支）、物理天平、待測(cè)金屬粒、冰、停表、加熱器、量筒等。三、實(shí)驗(yàn)原理1、混合法測(cè)比熱容依據(jù)熱平衡原理，溫度不同的物體混合后，熱量將由高溫物體傳給低溫物體 ，如果在混合 過(guò)程中與外界無(wú)熱量交換，最后達(dá)到均勻穩(wěn)定的平衡溫度。根據(jù)能量守恒定律,高溫物體放出的熱量就應(yīng)等于低溫物體吸收的熱量，即：本實(shí)驗(yàn)即根據(jù)熱平衡原理用混合法測(cè)定固體的比熱。設(shè)量熱器（包括攪拌器與溫度計(jì)插入水中部分）的熱容為 C,實(shí)驗(yàn)時(shí)，量熱器

2、內(nèi)先盛以質(zhì)量為m0,溫度為右的冷水，之后，把加熱到溫度為t2質(zhì)量為m的待測(cè)金屬塊投入量熱器中，經(jīng)過(guò)熱交換后，水量熱器與金屬塊達(dá)到共同的末溫，依熱平衡方程有mc(t2) (m0C0C)( ti)(mC0 C)(tjm(t2)量熱器的熱容C可以根據(jù)其質(zhì)量與比熱容算出。設(shè)量熱器筒與攪拌器由相同的物質(zhì)制成，其質(zhì)量為mi，比熱容為s，則CC（3）C J0C 1 1.9V cm3式中V為溫度計(jì)插入水中部分的體積。C J0C 1表示C以JC-1為單位時(shí)的數(shù)值，而V cm3表示V以cm3為單位時(shí)的數(shù)值。2、系統(tǒng)誤差的修正上述討論就是在假定量熱器與外界沒(méi)有熱交換時(shí)的結(jié)論。 實(shí)際上只要有溫度差異就必然 會(huì)有熱交換

3、存在 ，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果總就是存在系統(tǒng)誤差 ，有時(shí)甚至很大 ，以至無(wú)法得到正確結(jié)果。 所以 ，校正系統(tǒng)誤差就是量熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中很突出的問(wèn)題。為此可采取如下措施:1）要盡量減少與外界的熱量交換 ， 使系統(tǒng)近似孤立體系。 此外 ， 量熱器不要放在電爐旁與 太陽(yáng)光下 ， 實(shí)驗(yàn)也不要在空氣流通太快的地方進(jìn)行。2）采取補(bǔ)償措施 ，就就是在被測(cè)物體放入量熱器之前 ，先使量熱器與水的初始溫度低于室溫 ， 但避免在兩熱器外生成凝結(jié)水滴。 先估算 ， 使初始溫度與室溫的溫差與混合后末溫高出 室溫的溫度大體相等。這樣混合前量熱器從外界吸熱與混合后向外界放熱大體相等，極大地降低了系統(tǒng)誤差。3）縮短操作時(shí)間 ， 將被測(cè)物體從

4、沸水中取出 ，然后倒入量熱器筒中并蓋好的整個(gè)過(guò)程 ， 動(dòng) 作要快而不亂 ， 減少熱量的損失。4）嚴(yán)防有水附著在量熱筒外面 ，以免水蒸發(fā)時(shí)帶走過(guò)多的熱量。5）沸點(diǎn)的校正。在實(shí)驗(yàn)中 ， 我們就是取水的沸點(diǎn)為被測(cè)物體加熱后的溫度 ， 但壓強(qiáng)不同 ， 水的沸點(diǎn)也有所不同。為此需用大氣壓強(qiáng)計(jì)測(cè)出當(dāng)時(shí)的氣壓 ， 再由氣壓與沸點(diǎn)的關(guān)系通過(guò)查 表查出沸點(diǎn)的溫度。采取以上措施后 ， 散熱的影響仍難以完全避免。 被測(cè)物體放入量熱器后 ， 水溫達(dá)到最高溫 度前，整個(gè)系統(tǒng)還會(huì)向外散熱。所以理論上的末溫就是無(wú)法得到的。這就需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方 法進(jìn)行修正：在被測(cè)物體放入量熱器前 4-5min就開(kāi)始測(cè)度量熱器中水的溫度 ，每

5、隔1min讀一 次。當(dāng)被測(cè)物體放入后 ， 溫度迅速上升 ， 此時(shí)應(yīng)每隔 0、 5min 測(cè)讀一次。直到升溫停止后 ， 溫 度由最高溫度均勻下降時(shí) ， 恢復(fù)每分鐘記一次溫度 ， 直到第 15min 截止。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出溫度 與時(shí)間的關(guān)系T t曲線，如圖1所示。圖1溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線為了推出公式（2）中水的初溫度與末溫 ，在圖1中，對(duì)應(yīng)于室溫在曲線上之 0點(diǎn)作一 垂直與橫軸的直線。然后將曲線上升部分AE及下降部分FD延長(zhǎng)，與此垂線分別相交于 B點(diǎn)與C點(diǎn),這兩個(gè)交點(diǎn)的溫度坐標(biāo)可瞧成就是理想情況下的Ti與T2,即相當(dāng)于熱交換無(wú)限快時(shí)水的初溫t1與末溫 。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、 稱(chēng)出質(zhì)量為 m的金屬粒

6、，放入加熱器中隔水加熱。在沸水中至少15min,才可認(rèn)為金屬粒與水同溫。水沸騰后測(cè)出大氣壓強(qiáng)P。2、 在金屬粒加熱的同時(shí)，稱(chēng)出量熱器內(nèi)筒及攪拌器質(zhì)量 m1 ,然后倒入適量的水，并加入 冰屑使水溫降低到室溫下 4 6（注意：不能使筒外表有水凝結(jié)）,稱(chēng)出總質(zhì)量m0 m1,求出 水的質(zhì)量m0。3、 在倒入金屬粒前，一面用棒輕輕攪動(dòng)，一面每隔一分鐘測(cè)一次水溫 ，計(jì)時(shí)5分鐘后將加 熱好的金屬粒迅速而準(zhǔn)確地倒入量熱器內(nèi)（注意:不能使量熱器中水濺出，又切勿碰到溫度計(jì)）,立即將蓋蓋好并繼續(xù)攪拌，同時(shí)，每隔半分鐘測(cè)一次水溫。至水溫均勻下降，每隔一分鐘測(cè)一次水溫，連續(xù)10min左右為止。4、 用排水法將溫度計(jì)浸沒(méi)

7、于水下的體積在小量筒中測(cè)得。先將水注入小量筒中，記下其 體積y,然后將溫度計(jì)插入水中，使溫度計(jì)插入水中的體積與在量熱筒中沒(méi)入水中的體積相同（以從量熱筒中取出溫度計(jì)上水印為準(zhǔn) ），讀出液面升高后的體積 V2,則溫度計(jì)插入量熱筒 水中的體積為：V V2 V1（注意:實(shí)驗(yàn)中溫度計(jì)中的水銀泡一定要沒(méi)入水中 ，但又不能碰到 鋅粒）。5、查表得到實(shí)驗(yàn)氣壓條件下水的沸點(diǎn)T , 即作為金屬粒加熱后的溫度 t2 。6、作溫度-時(shí)間曲線，求出Ti與T2,即公式 中水的初溫度ti與末溫 。五、數(shù)據(jù)記錄及處理自擬表格記錄測(cè)量的有關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)公式 （2） 求出金屬粒的比熱 c, 并與其標(biāo)準(zhǔn)比熱比 較, 求出相對(duì)誤差。六

8、、思考題 :1混合量熱法的原理就是什么？它的基本實(shí)驗(yàn)條件就是什么？如何保證？2. 實(shí)驗(yàn)中質(zhì)量稱(chēng)衡采用了精度較低的物理天平,為什么測(cè)量溫度卻采用了分度值為0.1 C的精密水銀溫度計(jì)？3. 為了提高量熱精度 , 實(shí)驗(yàn)中采取了哪些措施？4. 試分析您在實(shí)驗(yàn)中對(duì)各參量 （如溫度、水的質(zhì)量等 ）的選取就是否得當(dāng) ?附記溫度計(jì)插入水中部分的熱容可如下求出：已知水銀的密度為13.6g cm-3,比熱容為、139J g-1 C1,其1cm3的熱容為1、89 J - cm-3 C-1。而制造溫度計(jì)的耶那玻璃的密度為2.58g cm-3,比熱容為、83 J g1 C-1,其1cm3的熱容為2、14J cm-3 C-1,它與水銀的很相近， 因