固體比熱容的測量實驗報告模板

1、固體比熱容的測量19 世紀，隨著工業(yè)文明的建立與發(fā)展，特別是蒸汽機的誕生，量熱學有了巨大的進展。經(jīng)過多年的實驗研究，人們精確地測定了熱功當量，逐步認識到不同性質(zhì)的能量（如熱能、機械能、電能、化學能等）之間的轉(zhuǎn)化和守恒這一自然界物質(zhì)運動的最根本的定律，成為19 世紀人類最偉大的科學進展之一。從今天的觀點看，量熱學是建立在“熱量”或“熱質(zhì)”的基礎(chǔ)上的，不符合分子動理論的觀點，缺乏科學內(nèi)含。但這無損量熱學的歷史貢獻。至今，量熱學在物理學、化學、航空航天、機械制造以及各種熱能工程、制冷工程中都有廣泛的應用。比熱容是單位質(zhì)量的物質(zhì)升高（或降低）單位溫度所吸收（或放出）的熱量。交換是難免的。因此要努力創(chuàng)造

2、一個熱力學孤立體系，同時對實驗過程中的其他吸熱、散熱做出校正，盡量使二者相抵消，以提高實驗的精度。實驗原理1 混合法測比熱容設一個熱力學孤立體系中有n種物質(zhì)，其質(zhì)量分別為mi,比熱容為ci （i=1,2，,n）。開始時體 系處于平衡態(tài)，溫度為 CTi,與外界發(fā)生熱量交換后又達到新的平衡態(tài)，溫度為 T2o若體系中無 化學反應或相變發(fā)生，則該體系獲得（或放出）的熱量為Q （mici m2c2 . mnc n）（T2 Ti）（ i）假設量熱器和攪拌器的質(zhì)量為mi,比熱容為ci,開始時量熱器與其內(nèi)質(zhì)量為m的水具有共同 溫度Ti,把質(zhì)量為mx的待測物加熱到T'后放入量熱器內(nèi)，最后這一系統(tǒng)達到熱平

3、衡，終溫為 T2c 如果忽略實驗過程中對外界的散熱或吸熱，則有mxcx（T' T2） （mc mici 2.0VJ K i cm 3）（T2 Ti）（ 2）式中 c 為水的比熱容。2.0VJ K i cm 3代表溫度計的熱容量，其中 V 是溫度計浸入到水中的體積。2 系統(tǒng)誤差的修正在量熱學實驗中，由于無法避免系統(tǒng)與外界的熱交換，實驗結(jié)果總是存在系統(tǒng)誤差，有時甚至很大，以至無法得到正確結(jié)果。所以，校正系統(tǒng)誤差是量熱學實驗中很突出的問題。為此可采取如下措施：（ i） 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和太陽光下，實驗也不要在空氣流通太快的地方進行。

4、(2)采取補償措施，就是在被測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 避免在量熱器外生成凝結(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。這樣混和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)縮短操作時間，將被測物體從沸水中取出，然后倒入量熱器筒中并蓋好的整個過程，動作要 快而不亂，減少熱量的損失。(4)嚴防有水附著在量熱筒外面，以免水蒸發(fā)時帶走過多的熱量。(5)沸點的校正。在實驗中，我們是取水的沸點為被測物體加熱后的溫度，但壓強不同，水的沸 點也有所不同。為此需用大氣壓強計測出當時的氣壓， 再由氣壓與沸點的關(guān)系通過表

5、 5.3.3-1 查出沸點的溫度。衰手,3.3-1水的濡點Up產(chǎn)內(nèi))/七的國魂的變化0t23S61g97300«.即啊9298.95班g99 03哨MwaiOT.14TO. iB99.22740卿37班41 ：99.44媽一斡J299.5899.5975099.63肛67州.加99.74物7899,82W.8599.93的.貼760iW-OCIW I1«-13Ig.M100.26100.29IDO 33XTMM100.40防44100.471如I1陋乃100.5S100.100,63甌的在采取以上措施后，散熱的影響仍難以完全避免。被測物體放入量熱器后，水溫達到最高溫度 前，

6、整個系統(tǒng)還會向外散熱。所以理論上的末溫是無法得到的。這就需要通過實驗的方法進行修正： 在被測物體放入量熱器前 45min就開始測讀量熱器中水的溫度，每隔 1min讀一次。當被測物體 放入后，溫度迅速上升，此時應每隔 0.5min測讀一次。直道升溫停止后，溫度由最高溫度均勻下降時，恢復每分鐘記一次溫度，直到第15min截止。由實驗數(shù)據(jù)作出溫度和時間的關(guān)系 T-t曲線(圖5.3.3-1)。為了推出式(2)中的初溫Ti和末溫T2,在圖5.3.3-1中，對應于室溫T室曲線上之G點作垂直于橫軸的直線。然后將曲線上升部分 AB及下降部分CD延長，與此垂線分別相交于E點和F 點，這兩個交點的溫度坐標可看成是

7、理想情況下的Ti和T2,即相當于熱交換無限快時水的初溫與末溫。實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容是測量鋅粒的比熱容，實驗裝置如圖 533-2。圖5,3.3-2液體比溫容測裝置示意圖_恒溫水囊，201鋅薇曰一量熱腕對一弊層和支架壯一維的就；6漫 度計門一絕絡塞浦一葩鼎悌皮«1. 稱出質(zhì)量為mx的鋅粒，放入試管中隔水加熱（注意：水不能濺入）。在沸水中至少15min, 才可以認為鋅粒與水同溫。水沸騰后測出大氣壓強p。2. 在鋅粒加熱的同時，稱出量熱器內(nèi)筒及攪拌器質(zhì)量mi,然后倒入適量的水，并加入冰屑使水溫降低到室溫下34c （注意：不能使筒外表有水凝結(jié)），利用公式（2）估算出水的質(zhì)量 m后，稱出質(zhì)量mi+m

8、。3. 在倒入鋅粒前，一面用棒輕輕攪動，一面每隔一分鐘測一次水溫（注意：一定要待冰屑全部融化后才能開始測溫），計時5分鐘后將熱好的鋅粒迅速而準確地倒入量熱器內(nèi)（注意：不 能使量熱器中水濺出，又切勿碰到溫度計），立即將蓋蓋好并繼續(xù)攪拌（注意：攪拌不能太 使勁），同時，每隔半分鐘測一次水溫。至水溫均勻下降，每隔一分鐘測一次水溫，連續(xù)10min 左右為止。4. 溫度計浸沒在水下的體積可用一個小量筒測得，先將水注入小量筒中，記下其體積Vi,然后將溫度計插入水中，使溫度計插入水中的體積與在量熱筒中沒入水中的體積相同（以從量熱筒中取出溫度計上水印為準），讀出液面升高后的體積V2,則溫度計插入量熱筒水中的體

9、 積VV2V1（注意：實驗中溫度計中的水銀泡一定要沒入水中，但又不能碰到鋅粒）5. 查表5.3.3-1得到實驗氣壓條件下水的沸點 T',即作為鋅粒加熱后的溫度。6. 作溫度-時間曲線，求出T1 和 T2。7. 根據(jù)式（2）求出鋅的比熱cx,并和鋅的標準比熱0.386J/（g K）比較，求出相對誤差思考題為使系統(tǒng)從外界吸熱與向外界放熱大體相抵，你采取了哪些措施？結(jié)果怎樣？冷卻法金屬比熱容測量儀使用說明一、概述本冷卻法金屬比熱容測量儀中的加熱裝置、金屬樣品室及金屬樣品的溫度的測量裝置與以往儀器相比，進行了較大的改進和提高。 測量試樣溫度采用常用的銅一康銅做成的熱電偶，當冷端為冰點時，測量熱

10、電偶熱電勢差的二次儀表由高靈敏、高精度、低漂移的放大器和三位半數(shù)字電壓表組成，數(shù)字電壓表顯示的mV數(shù)對應待測溫度值。加熱裝置可自由升降和左右移動。被測樣品安放在有較大容量的防風圓筒內(nèi)即樣品室，其作用保持高于室 溫的樣品自然冷卻。這樣結(jié)果重復性好，可以減少測量誤差，提高實驗準確度。本儀器可測量金屬在室溫到 200oC 溫度時，各種溫度的比熱容。本實驗儀可用于高?；A(chǔ)物理實驗和設計性、綜合性物理實驗。、儀器簡介其中A）熱源，采用75瓦電烙鐵改制而成，利用底盤支掌固定并可上下移動；B）實驗樣品，是直徑 5mm長30mm的小圓柱，其底部鉆一深孔便于安放熱電偶，而熱電偶的冷端則安放在冰水混合物內(nèi)；C）銅

11、-康銅熱電偶;D）熱電偶支架；E）防風容器；F）三位半數(shù)字電壓表，顯示用三位半面板表；G）冰水混合物。三、技術(shù)指標1、數(shù)字電壓表：三位半，量程：0-20mV,分辨率：0.01mV,準確度：土 0.3%。2、加熱器功率：75W3、傳感器采用銅-康銅熱電偶。4、測量金屬在100 °C時的比熱容與公認值百分差小于5%5、輸入交流電壓： 220V± 10%6、電源功率約：90W7、重量：7.5Kg。四、實驗項目1、用銅-康銅熱電偶測量物體的溫度2、用冷卻法測量金屬的比熱容五、注意事項1、實驗過程中防止燙傷。2、實驗過程中盡量避免接觸加熱器和加熱器電源線，以免發(fā)生觸電。冷卻法金屬比熱

12、容測量【實驗目的】1、學會用銅-康銅熱電偶測量物體的溫度，學會用冷卻法測量金屬比熱容。2、已知銅在100c的比熱容，用冷卻法測量鐵和鋁在100 c的比熱容。【實驗原理】根據(jù)牛頓冷卻定律，用冷卻法測定金屬的比熱容是量熱學中常用方法之一。若已知標準樣品在不同溫度的比熱容，通過作冷卻曲線可測量各種金屬在不同溫度時的比熱容。本實驗以銅為標準樣品，測定鐵、鋁樣品在100°C或200°C時的比熱容。通過實驗了解金屬的冷卻速率和它與環(huán)境之間的溫差關(guān)系以及進行測量的實驗條件。單位質(zhì)量的物質(zhì)，其溫度升高1K(1 °C )所需的熱量叫做該物質(zhì)的比熱容，其值隨溫度而變化。將質(zhì)量為M的金

13、屬樣品加熱后，放到較低溫度的介質(zhì)(例如：室溫的空氣)中，樣品將會逐漸冷卻。 其單位時間的熱量損失(Q/t) 與溫度下降的速率成正比，于是得到下述關(guān)系式:CM-t1(1)式中C為該金屬樣品在溫度1時的比熱容,;為金屬樣品在 1時的溫度下降速率。根據(jù)冷卻定律有:a1s1( 10)m(2)0為周圍介質(zhì)的溫(2)式中a1為熱交換系數(shù)，S為該樣品外表面的面積，m為常數(shù)，1為金屬樣品的溫度,度。由式和(2),可得:C1M1aiSi( 10)m同理，對質(zhì)量為M2,比熱容為 G的另一種金屬樣品，可有同樣的表達式:C2M 2a2s2( 20)(4)由上式(3)和(4),可得:所以:2C2M2 tC1Mla2 s

14、2 ( 2 0 ) ai5( 1 o)mMC2C1 一1ma2 s2 ( 20 )M22 8181( 1o)m如果兩樣品的形狀尺寸都相同，即S1=S2;兩樣品的表面狀況也相同 (如涂層、色澤等)，而周圍介質(zhì)(空氣)的性質(zhì)當然也不變，則有a1=a2。于是當周圍介質(zhì)溫度不變(即室溫0恒定而樣品又處于相同溫度1= 2)時,上式可以簡化為：M1()1C2 C1-(5)M 2( )2t如果已知標準金屬樣品的比熱容。質(zhì)量M;待測樣品的質(zhì)量 M2及兩樣品在溫度時冷卻速率之比，就可以求出待測的金屬材料的比熱容C2o幾種金屬材料的比熱容見表1:表1、與熱容溫度°C、Qe(cal/(g°C )

15、C (cal/(g ° C )CCu(cal/(g° C )100 °C0.1100.2300.0940【實驗儀器】本儀器主要由熱源(采用75瓦電烙鐵改制而成，利用底盤支掌固定并可上下移動)、實驗樣品(直徑5mm長30mm、銅-康銅熱電偶、熱電偶的小圓柱，其底部鉆一深孔便于安放熱電偶，而熱電偶的冷端則安放在冰水混合物內(nèi)) 支架、防風容器、三位半數(shù)字電壓表、冰水混合物組成【實驗過程】1、用銅-康銅熱電偶測量溫度，而熱電偶的熱電勢采用溫漂極小的放大器和三位半數(shù)字電壓表，經(jīng)信號放大后輸入數(shù)字電壓表顯示的滿量程為20mM讀出的mV查表即可換算成溫度。2、選取長度、直徑、表

16、面光潔度盡可能相同的三種金屬樣品（銅、鐵、鋁）用物理天平或電子天平秤出它們的質(zhì)量M。再根據(jù)MC>MFe>Mi這一特點，把它們區(qū)別開來。3、使熱電偶熱端的銅導線與數(shù)字表的正端相連；冷端銅導線與數(shù)字表的負端相連。當數(shù)字電壓表讀數(shù)為某一定值即200oC時，切斷電源，樣品繼續(xù)安放在與外界基本隔絕的金屬圓筒內(nèi)自然冷卻（筒口須蓋上蓋子）。當溫度降到接近102oC時開始記錄，測量樣品由102oC下降到98oC所需要時間 t0。按鐵、銅、鋁的次序，分別測量其溫度下降速度，每一樣品重復測量3次。因為各樣品的溫度下降范圍相同1020C980C 4 0c ）所以公式 可以簡化為：C2CiMi( t)2M

17、2( t)i【實驗要求】開始實驗前寫出比熱容相對誤差傳遞公式，找到產(chǎn)生誤差的主要原因。在實驗中想法減少主要誤差，實驗結(jié)束后根據(jù)實驗結(jié)果計算鋁比熱容的不確定度。附錄：國產(chǎn)的康銅絲，各廠生產(chǎn)成分配方和工藝略有不同，因而制成的銅-康銅熱電偶在 100oC溫度時（參考0°C）,測量的溫差電勢差有4.10mV和4.25mV等幾種，用戶使用時須自己定標，以下銅-康銅熱電偶熱勢差表僅供參考（引自國家計量局，中華人民共和國，國家計量檢定規(guī)程匯編，溫度（一），中國計量出版社，1987）。熱 電 動 勢 （mV）00.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.312

18、0.3510.3910100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.7490.78910200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.1551.19620301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.5691.61130401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.9922.03540502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.4242

19、.46750602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.8642.90860702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.3123.35770803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.7673.81380903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.1374.1844.2314.277901004.2774.3244.3714.4184.4654.5124.5594.6074.6544.7014.7491001104.