實(shí)驗(yàn)冷卻法測(cè)金屬比熱容

1、實(shí)驗(yàn)八 冷卻法測(cè)量金屬的比熱容用冷卻法測(cè)定金屬或液體的比熱容是量熱學(xué)中常用的方法之一。若已知標(biāo)準(zhǔn)樣 品在不同溫度的比熱容，通過作冷卻曲線可測(cè)得各種金屬在不同溫度時(shí)的比熱容。 熱電偶數(shù)字顯示測(cè)溫技術(shù)是當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際中常用的測(cè)試方法，它比一般的溫度計(jì)測(cè) 溫方法有著測(cè)量范圍廣，計(jì)值精度高，可以自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶的非線性因素等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)以銅樣品為標(biāo)準(zhǔn)樣品，而測(cè)定鐵、鋁樣品在100c或200c時(shí)的比熱容。通過實(shí)驗(yàn)了解金屬的冷卻速率和它與環(huán)境之間溫差的關(guān)系，以及進(jìn)行測(cè)量的實(shí)驗(yàn)條 件。100c或200c溫度【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? .掌握用冷卻法測(cè)定金屬的比熱容，測(cè)量鐵、鋁金屬樣品在時(shí)的比熱容。2 . 了解金屬的冷卻速率

2、與環(huán)境之間的溫差關(guān)系，以及進(jìn)行測(cè)量的實(shí)驗(yàn)條件?！緦?shí)驗(yàn)儀器】DH4603型冷卻法金屬比熱容測(cè)量?jī)x、待測(cè)量金屬材料樣品（銅、鐵、鋁）等【實(shí)驗(yàn)原理】單位質(zhì)量的物質(zhì)，其溫度升高1K （或1C）所需的熱量稱為該物質(zhì)的比熱容,其值隨溫度而變化。將質(zhì)量為 M1的金屬樣品加熱后， 放到較低溫度的介質(zhì) （例如室溫的空氣）中，樣品將會(huì)逐漸冷卻。其單位時(shí)間的熱量損失（ 的速率成正比，于是得到下述關(guān)系式：Q/ t ）與溫度下降GM 一 t(8-1)式中G為該金屬樣品在溫度 1時(shí)的比熱容,為金屬樣品在 t1的溫度下降速率,式中1為熱交換系數(shù)， &為該樣品外表面的面積,m為常數(shù),1為金屬樣品的溫度，°為

3、周圍介質(zhì)的溫度。由式（8-1）和（8-2）,可得1c /c1 M 11S1 ( 10)m(8-3)根據(jù)冷卻定律有:1&( 1(8-2)同理，對(duì)質(zhì)量為 M2,比熱容為C2的另一種金屬樣品，可有同樣的表達(dá)式:1m一 、c2M 2 2s2（ 10）（8-4）由式（8-3）和（8-4）,可得：所以假設(shè)兩樣品的形狀尺寸都相同（例如細(xì)小的圓柱體），即S &,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(dāng)然也不變，則有12于是當(dāng)周圍介質(zhì)溫度不變（即室溫0恒定），兩樣品又處于相同溫度1 2 時(shí),上式可以簡(jiǎn)化為：(8-5)M1 （）1tc2 c1M2 （）2t因?yàn)闊犭娕嫉臒?/p>

4、電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系在同一小溫差范圍內(nèi)可以看成線性關(guān)系,(-)1)2（苧所以式（8-5）可以簡(jiǎn)化為:（）2tC2M1 ( t)2M2 ( t)1(8-6)如果已知標(biāo)準(zhǔn)金屬樣品的比熱容G、質(zhì)量M1 ；待測(cè)樣品的質(zhì)量 M2及兩樣品在溫度 時(shí)冷卻速率之比，就可以求出待測(cè)的金屬材料的比熱容C2o幾種金屬材料的比熱容見下表:'比如、熱溫容度c、Fe(cal/g C)A1(cal/g C)Cu(cal/g C)100 c0.1100.2300.0940【實(shí)驗(yàn)步驟與要求】1 .開機(jī)前先用加熱四芯線和熱電偶線兩組線連接好加熱儀和測(cè)試儀。v 圖8-1冷卻法金屬比熱容測(cè)數(shù)字電壓表2.選取長(zhǎng) 度、直徑、 表面

5、光潔度 盡可能相同 的三種金屬 樣品（銅、 鐵、鋁）用 物理天平秤 出它們的質(zhì) 量M ,再根據(jù) Mcu >MFe > Mai這一特點(diǎn)， 把它們區(qū)別 開來。3.使熱電偶端的銅導(dǎo)線與數(shù)字表的正端相連；冷端銅導(dǎo)線與數(shù)字表的負(fù)端相連。當(dāng)樣品加熱到 150c時(shí)，切斷電源移去加熱源，樣品繼續(xù)安放在與外界基本隔絕的有機(jī)玻璃圓筒內(nèi)自然冷卻（筒口須蓋上蓋子），記錄樣品的冷卻速率（）100C °t方法：記錄數(shù)字電壓表上示值約從已降到E2所需的時(shí)間t ,從而計(jì)算（一E）E。t 2按鐵、銅、鋁的次序，分別測(cè)量其溫度下降速度，每一樣品應(yīng)重復(fù)測(cè)量6次。注意：（1）儀器的加熱指示燈亮，表示正在加熱；如

6、果連接線未連好或加熱溫度過高（超過200C）導(dǎo)致自動(dòng)保護(hù)時(shí)，指示燈不亮。升到指定溫度后，應(yīng)切斷加熱電源。（2）測(cè)量降溫時(shí)間時(shí)，按“計(jì)時(shí)”或“暫停”按鈕應(yīng)迅速、準(zhǔn)確，以減小人為計(jì)時(shí)誤差。（3）加熱裝置向下移動(dòng)時(shí)，動(dòng)作要慢，應(yīng)注意要使被測(cè)樣品垂直放置，以使加熱裝置能完全套入被測(cè)樣品。4.數(shù)據(jù)記錄、處理與分析樣品質(zhì)量： M cu =g； M Fe=g； M Al =go熱電偶冷端溫度：c樣品由Ei下降到E2所需時(shí)間（單位為 s）次數(shù) 樣品123456平均值tFeCuA1以銅為標(biāo)準(zhǔn)：c1 =cCu =0.0940 cal/g K鐵：c2 G M1( t)2Cal/ ( g K)M2( t)1車口：c3

7、 C|Cal/ (g K)M3( t)1【預(yù)習(xí)思考題】1 .比熱容的定義是什么？單位是什么？2 .為什么實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在防風(fēng)筒（即樣品室）中進(jìn)行？【課后習(xí)題】1.測(cè)量三種金屬的冷卻速率，并在圖紙上繪出冷卻曲線，如何求出它們?cè)谕粶?度點(diǎn)的冷卻速率？【附錄】一、DH4603型金屬比熱容測(cè)定儀介紹與使用說明本實(shí)驗(yàn)裝置由加熱儀和測(cè)試儀組成。加熱儀的加熱裝置可通過調(diào)節(jié)手輪自由升 降。被測(cè)樣品安放在有較大容量的防風(fēng)圓筒即樣品室內(nèi)的底座上，測(cè)溫?zé)犭娕挤胖?于被測(cè)樣品內(nèi)的小孔中。當(dāng)加熱裝置向下移動(dòng)到底后，對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行加熱；樣品 需要降溫時(shí)則將加熱裝置移上。儀器內(nèi)設(shè)有自動(dòng)控制限溫裝置，防止因長(zhǎng)期不切斷 加熱電源而

8、引起溫度不斷升高。測(cè)量試樣溫度采用常用的銅一康銅做成的熱電偶（其熱電勢(shì)約為0.042mV/0C ）,將熱電偶的冷端置于冰水混合物中，帶有測(cè)量扁叉的一端接到測(cè)試儀的“輸入”端。熱電勢(shì)差的二次儀表由高靈敏、高精度、低漂移的放大器放大加上滿量程為20mV的三位半數(shù)字電壓表組成。這樣當(dāng)冷端為冰點(diǎn)時(shí)，由數(shù)字電壓表顯示的mV數(shù)查表即可換算成對(duì)應(yīng)待測(cè)溫度值。圖8-2 DH4603型金屬比熱容測(cè)定儀測(cè)試儀二、銅一康銅熱電偶分度表溫度 (C)熱電勢(shì)(mV)0123456789-10-0.383-0.421-0.458-0.496-0.534-0.571-0.608-0.646-0.683-0.720-00.00

9、0-0.039-0.077-0.116-0.154-0.193-0.231-0.269-0.307-0.34500.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8821.8651

10、.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.312803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.1374.1844.2311004.2774.3244.3714.4184.4

11、654.5124.5594. 6074.6544.7011104.7494.7964.8444.8914.9394.9875.0355.0835.1315.1791205.2275.2755.3245.3725.4205.4695.5175.5665.6155.6631305.7125.7615.8105.8595.9085.9576.0076.0566.1056.1551406.2046.2546.3036.3536.4036.4526.5026.5526.6026.6521506.7026.7536.8036.8536.9036.9547.0047.0557.1067.1561607.2077.2587.3097.3607.4117.4627.5137.5647.6157.6661707.7187.7697.8217.8727