實(shí)驗(yàn)12冷卻法測量金屬比熱容

1、實(shí)驗(yàn)12 冷卻法測量金屬比熱容【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解牛頓冷卻定律。2. 測定金屬比熱容?！緦?shí)驗(yàn)儀器】金屬比熱容測定儀，秒表等。【預(yù)習(xí)要求】1. 簡要推導(dǎo)測量公式。2. 寫出實(shí)驗(yàn)步驟與記錄表?！緦?shí)驗(yàn)依據(jù)】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(xué)中常用方法之一。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量各種金屬在不同溫度時(shí)的比熱容。本實(shí)驗(yàn)以銅為標(biāo)準(zhǔn)樣品，測定鐵、鋁樣品在100或200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)境之間的溫差關(guān)系以及進(jìn)行測量的實(shí)驗(yàn)條件。單位質(zhì)量的物質(zhì)，其溫度升高1K(1)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M1的金屬樣品加熱

2、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()與溫度下降的速率成正比，于是得到下述關(guān)系式： (1)(1)式中C1為該金屬樣品在溫度時(shí)的比熱容，為金屬樣品在時(shí)的溫度下降速率。根據(jù)冷卻定律有： (2)(2)式中為熱交換系數(shù)，S1為該樣品外表面的面積，m為常數(shù)，為金屬樣品的溫度，為周圍介質(zhì)的溫度。由式(1)和(2)，可得： (3)同理，對質(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： (4)由上式(3)和(4)，可得：所以：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(dāng)然也不變，則

3、有1=2。于是當(dāng)周圍介質(zhì)溫度不變(即室溫恒定而樣品又處于相同溫度=)時(shí)，上式可以簡化為： (5)如果已知標(biāo)準(zhǔn)金屬樣品的比熱容C1質(zhì)量M1；待測樣品的質(zhì)量M2及兩樣品在溫度時(shí)冷卻速率之比，就可以求出待測的金屬材料的比熱容C2?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法】 測量鐵和鋁在100時(shí)的比熱容1用天平稱出各金屬樣品的質(zhì)量,根據(jù) Cu>Fe>Al這一特點(diǎn)把它們區(qū)別開來（由于各樣品表面均鍍上了相同的金屬薄層，它們的長度、直徑都相同，故難以直觀分辨）。2將樣品安置在防風(fēng)金屬筒內(nèi)，使熱電偶熱端的銅導(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)端相連開始加熱。當(dāng)樣品加熱到150時(shí)，移去加熱電爐，蓋上金屬圓筒的蓋子

4、，讓樣品自然冷卻，。當(dāng)數(shù)字電壓表讀數(shù)為某一定值即150時(shí)，切斷電源移去電爐，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(dāng)溫度降到接近103時(shí)開始記錄，測量樣品由103下降到97所需要時(shí)間。按鐵、銅、鋁的次序，分別測量其溫度下降速度，每一樣品重復(fù)測量3-5次。注意：熱電偶的熱電動(dòng)勢與溫差在一小溫差范圍內(nèi)可看做線性關(guān)系，即故 。【數(shù)據(jù)處理】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理示例：樣品質(zhì)量：MCu= g ; MFe= g ; MAl= g 。熱電偶冷端溫度：=0 。表1 樣品從103下降到97所需時(shí)間(單位為S) 次數(shù)樣品12345平均值FeCuAl以銅為標(biāo)準(zhǔn)：C1=CCu=0.0940 cal/(g)。鐵：。鋁：?！鹃喿x材料】1.實(shí)驗(yàn)裝置圖6-1圖6-1為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。其中A)熱源,采用75瓦電烙鐵改制而成，利用底盤支撐固定并可上下移動(dòng)；B)實(shí)驗(yàn)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-康銅熱電偶；D)熱電偶支架；E)防風(fēng)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。 2. 幾種金屬材料