試談用混合量熱法測定冰的熔解熱

1、用混合量熱法測定冰的熔解熱【目的要求】1.正確使用量熱器，熟練使用溫度計；2 .用混合量熱法測定冰的熔解熱；3 .進行實驗安排和參量選??；4 .學會一種粗略修正散熱的方法一一抵償法相的相變過程稱為熔解。一定壓強下晶體開始熔解時的溫度稱為該晶體在此，熔解是組成物質的粒子由規(guī)則排列向不規(guī)則排列的過程，破壞晶體的 體在熔解過程中雖汲取能量，但其溫度卻保持不變。物質的某種晶體熔 能量，叫做該晶體的熔解潛熱。單位：蚯V。測定冰的熔解熱。其差不多做法如下：把待測系統 A與某已知熱容的系統B相混界無熱量交換的孤立系統C二A+B如此A （或B）所放出的熱量將全部為平衡方程:(18.1)所傳遞的熱量Q是能夠由其

2、溫度的改變及其熱容C3計算出來的:所傳遞的熱量即可求得。冰的熔解熱也就能夠據此測定。系統為孤立系統是混合量熱法所要求的差不多實驗條件。為此，整個實驗在量 本人在測量方法及實驗操作等方面去設法保證。當實驗過程中系統與外必須作一定的散熱修正【實驗原理】質量M、溫度劇的冰塊與質量m溫度帆的水相混合，冰全部熔解為水后，測得平衡溫度為。假定量熱器內筒與攪拌器的質量分不為ml、m2，其比熱容分不為cl和c2 ;數字式溫度計之測溫傳感器（鉑電阻測溫探頭）自身熱容甚小，可忽略不計；水及冰的比熱容分不為c和ci （在40C- 范圍內，二i比.住K '）；冰的熔點為 。則由熱平衡方程可得：口加屍一氏Hr.

3、ML電一如二吃用+陽4-CjW； “q -本實驗條件下，冰的熔點可認為是 0C,也可選取冰塊的溫度貳=0 C。因此，冰的熔解熱可由下式求出：L -記期+ “閆 _色(18.3由于量熱器的絕熱條件并不十分完善， 實際實驗系統并非嚴格的孤立系統，因此，在做周密測量時，就需設法求出實驗過程中系統與外界交換的熱量，以作適當的散熱修正。本實驗介紹一種粗略修正散熱的所謂抵償法。 其依據是牛頓冷卻定律。當系統的溫度高于環(huán)境溫度時，它就要散失熱量。實驗證明：當溫差較?。ㄒ话悴怀^15K ）時，（非自然對流）系統的散熱制冷速率與溫差成正比。此即牛頓冷卻定律:(18.4)其中，dq表dt時刻內系統與外界交換的熱量

4、。比例系數 k為一個與系統表面積成正 比并隨表面輻射本領而變的常數，稱為散熱常數。其物理意義為：單位溫差下，單位時刻的熱量損失。其單 位為：IT】負號的意義表示當系統溫度高于環(huán)境溫度時散失熱量，即：時，爾皿/|，系統向外界放出熱量；反之，切白0，系統從外界汲取熱量。在實驗過程中，假如恰當地將系 統的初和氣末溫分不選擇在室溫的兩側，即：4皿“，同時使整個實驗過程中系統與外界的熱量傳遞前后彼此抵消，則能夠達到散熱修正之目的。量熱器中水溫隨時刻的變化應該是一條指數下 降的曲線，如圖18-1所示。對式(18.4)求積分，即可得到由t1到t2 (對應溫度呂及$ )時刻內，整個系統與外界 交換的熱量g二一

5、£日町_耳空r S=土氐+述E其中敢一i； £-耳込區(qū)=心-環(huán)表示圖18-1中的陰影面積。由上式可見，當時，實驗過程中系統與外界交換的熱量q。因此，只要適當地選擇參數，使曲 線與環(huán)境溫度直線圍成的兩塊面積近似相等，即:恥矗，就能夠使系統專門好地近似為一個孤立系 統。由曲線可知，欲使況，就必須使x實驗前，應做出明確的打算，實驗中注意選取及適當調整參數 m, M及 等，使 滿足上式。但應注意到的條件，否則，冰將不能全部熔解【儀器用具】量熱器，NTY-2A型數字式溫度計（25.0 C125.0 C），物理天平（或電子天平），玻璃皿, 干拭布，冰及熱水等?！緦嶒瀮热荨繙y定冰熔解熱的

6、操作步驟由學生自己安排。粗選參數， 先進行一次實驗，在分析情況和結果的基礎上，調整并確定 m 及M的大致數值，然后認真地重復實驗。 為進行散熱修正，由投冰始，每間隔10-20S記錄一次溫度，直至由溫度的變化能夠確認冰已全部溶 解為止。如改用溫度傳感器并配合適當接口，則可由微機自動記錄t關系曲線?！咀⒁馐马棥? .室溫應取實驗前、后的平均值；水的初溫，可高出室溫約10 C15 C;配置溫水時，又應略高于.約1 C2 C （什么緣故？）。2 .嚴守天平的操作規(guī)則。3 .投冰前應將其拭干，且不得直接用手觸摸；其質量不能直接放 在天平盤上稱衡，而應由投冰前、后量熱器連同水的質量差求得。4 .注意掌握讀

7、取初溫的時機。為測準 ，可在投冰前每隔一定時 刻（如1min）讀瑰，取45個點，再記下冰著水面的時刻，即可用外推法較準確地確定出。5 .為使溫度計示值確實代表系統的真實溫度，整個實驗過程中（包括讀取兔前）要不斷輕輕地進行攪拌（攪拌的方式應因攪拌器的形狀而異）。6 .注意維護停表，使用各按鈕時動作要輕。7 .上課時，要備直角坐標紙及鉛筆，以便分析數據、調整參數、 進行實驗。【考查題】1 .混合量熱法所要求的差不多實驗條件是什么？本實驗是如 何得到滿足的？2 .本實驗中的“熱力學系統”是由哪些組成的？量熱器內筒、 外筒、溫度計、攪拌器等都屬于該熱力學系統嗎？3 .冰塊投入量熱器之前應做好哪些預備工作？投冰時應注意 什么？4 .若粗測后發(fā)覺面積沐叫，則它講明了什么？應如何樣改 變條件重做？5 .下述諸量： 耳及M何時測量？如何樣測量？6 .如何樣由系統溫度的變化推斷冰已全部溶解？末溫 $是如 何確定的？作圖時對應末溫的時刻t2應如何確定?7 .哪些因素會阻礙測量的準確性？