實驗5液體比熱容測定實驗儀

1FD-LCD-A液體比熱容試驗儀說明書曾編2023.9.20一、儀器簡介液體的比熱容是一個重要的熱學(xué)物理量。用冷卻法測液體比熱容試驗在國內(nèi)很多綜合性大學(xué)、工科大學(xué)作為根底熱學(xué)試驗開設(shè)。FD—LCD—A點：設(shè)計了單片機掌握的數(shù)字式周密溫度測量儀，該溫度測量儀可同時測量試驗裝置內(nèi)筒和外筒溫度，并有定時報時、自動保存數(shù)據(jù)功能，有利于試驗測量準確讀數(shù)或查閱試驗數(shù)據(jù)。對待測液體量杯及外圍恒溫裝置進展優(yōu)化設(shè)計，能更好地滿足待測液體自然冷卻的規(guī)律，減小試驗誤差。二、儀器用途冷卻法測定液體的比熱容，并了解比較法的優(yōu)點和條件；最小二乘法求閱歷公式中直線的斜率；用試驗的方法考察熱學(xué)系統(tǒng)的冷卻速率同系統(tǒng)與環(huán)境間溫度差的關(guān)系。三、儀器組成儀器主要由試驗容器和試驗主機組成，其示意圖見圖1所示。試驗容器是具有內(nèi)、外筒的專用量熱器。外筒是一個很大的有機玻璃筒，外筒及其中水熱容量比量熱器熱容量大得相當多，以保持恒溫，并以此作為試驗的“環(huán)境(或液體)，內(nèi)筒和液體(或液體)組成我們所要考慮的系統(tǒng)。該裝置根本上滿足了試驗系統(tǒng)需在溫度恒定環(huán)境中冷卻的條件。1試驗裝置示意圖1、試驗主機2、溫度顯示表3、查閱按鈕4、復(fù)位按鈕 5、電源開關(guān) 6、試驗外筒7、試驗內(nèi)筒8、環(huán)境水9、傳感器TB 10、被測液體 11、傳感器TA 12、結(jié)實螺絲四、試驗原理由牛頓冷卻定律知，一個外表溫度為的物體，在溫度為0的環(huán)境中自然冷卻(0)，在單位時間里物體散失的熱量qt與溫度差〔〕有以下關(guān)系：0qkt 0當物體溫度的變化是準靜態(tài)過程時，上式可改寫為：

k

〔1〕t C 0SC

為物質(zhì)的熱容，k為物體的散熱常數(shù)，與物體的外表性質(zhì)、t s和0

分別為物體的溫度和環(huán)境的溫度，k為負數(shù)，1O15℃之間。0假設(shè)在試驗申使環(huán)境溫度0

保持恒定(即0

的變化比物體溫度0是常量，對式(1)進展數(shù)學(xué)處理，可以得到下述公式：㏑(0

ktb 〔2〕 (式中b為積分常數(shù))。CS可以將式(2)看成為兩個變量的線性方程的形式：自變量為t，應(yīng)變量為ln()，直線斜率0為kCS

，本試驗利用式(2)進展測量，試驗方法是：通過比較兩次冷卻過程，其中一次含有待測液體，另一次含有熱容的標準液體樣品，并使這兩次冷卻過程的試驗條件完全一樣，從而測量式中未知液體的比熱容。在上述試驗過程中，使試驗系統(tǒng)進展自然冷卻，測出系統(tǒng)冷卻過程中溫度隨時間的變化關(guān)系，并從中測定未知熱學(xué)參量的方法，叫做冷卻法；對兩個試驗系統(tǒng)在一樣的試驗條件下進展比照，從而確定未知物理量，叫做比較法。比較法作為一種試驗方法，有廣泛的應(yīng)用。利用冷卻法和比較法來測定待測液體(如飽和食鹽水)的熱容的具體方法如下：利用式(2)分別寫出對標準液體(即水)和待測液體(即飽和食鹽水)進展冷卻的公式，如下：ln0W

k”C”Sk“

tb” 〔3〕ln0

S C“S

tb“ 〔4〕以上兩式中C

”和CS

“水和鹽水，并保持在這兩種狀況下系統(tǒng)的初始溫度、外表積和環(huán)境溫度等根本一樣，則系統(tǒng)盛水和鹽水時的系數(shù)k”與k“相等，即：

k“kS”S“分別代表由(3)式和(4)式畫出的兩條直線的斜率，即k kS”C”S

, S“ 可得C“SS”C”S

S“C“S

〔5〕S”S“的值可由最小二乘法得出，熱容C

和CS

分別為SC”m”c”mcmc

C” ，S 11 22C “m“c mc m c C“ ，S X 1 1 2 2其中m”mc”cX

分別為水和鹽水的質(zhì)量及比熱容；mm1 2

，c，c1

分別為量熱器內(nèi)筒和攪拌器的質(zhì)量及比熱容；C”和C“分別為溫度計浸入液體和待測液體局部的等效熱容。由于數(shù)字 〔6 〔6〕1S”C1c

”(mcmc)SXS其中水的比熱容為

m“S“ 11 22c”4.18103JkgK量熱器內(nèi)筒和攪拌器通常用金屬銅制作，其比熱容為：c c1 2

0.389103JkgK五、試驗內(nèi)容用冷卻法測定飽和食鹽水的熱容將外筒冷卻水加至適當高度(要求 的波動幅度不超過±0.5℃)0用內(nèi)部枯燥的量熱器內(nèi)筒取純潔水。0要求：純潔水體積約占內(nèi)筒的2／3體積、溫度約比0

10～15℃。稱其質(zhì)量后，放入隔離01min分別記錄一次純潔水溫度和外筒冷卻水的溫度0

20分鐘。用清洗過的內(nèi)筒盛取飽和食鹽水。2／31℃。稱其質(zhì)量后，放入隔離筒，開頭試驗。每隔1分鐘記錄一次食鹽水溫度和外筒冷卻水的溫度，020min。2、對數(shù)據(jù)處理的要求ln(0)—t”圖，檢驗得到的是否為一(2)，并間接檢驗了式(1)，也就是說，被爭論的系統(tǒng)的冷卻速率同系統(tǒng)與環(huán)境之間溫度差成正比。對水和鹽水分別取ln()及相應(yīng)的tS和0S“，并由此得出未知飽和食鹽水的比熱容cX。3．提示：儀器的聯(lián)機軟件可以讓試驗過程簡化。通過儀器內(nèi)置的串行接口和電腦聯(lián)機，運行聯(lián)機軟件。聯(lián)機軟件每隔固定時間，自動從試驗儀獵取數(shù)據(jù)。試驗后，可以通過該軟件對數(shù)據(jù)進展處理。具體的使用方法，請看聯(lián)機軟件的使用手冊。六、留意事項要避開直接用火對內(nèi)筒加熱，這樣會引起內(nèi)筒外表的氧化，以致其外表性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而使散熱常數(shù)k發(fā)生變化。待測液體與水的初溫相關(guān)不超過1℃，它們所處的環(huán)境溫度應(yīng)當一樣，體積應(yīng)取得大致相等。試驗過程中，通過旋動兩個溫度傳感器攪拌液體，可以使其溫度均勻。被測液體溫度較高時，防范燙傷。七、儀器的技術(shù)指標和功能簡介1．電源要求儀器對工作電源的要求是：單相三線220V±5％50Hz。定時報時功能開機運行后，主時機在每分鐘的最終兩秒啟動內(nèi)置的蜂嗚器發(fā)聲，表示一分鐘時間到了。數(shù)字溫度傳感器 。儀器配備有兩個DS18B200～100℃，顯示區(qū)分率：0.1℃。這兩個溫度傳感器分別測量內(nèi)筒液體溫度T、外筒液體溫度T。A B試驗時，依據(jù)儀器后面板的標簽，把〖外筒溫度傳感器〗放入外筒“環(huán)境水”中，把〖內(nèi)筒溫度傳感器〗放入內(nèi)筒被測液體中。開機運行后，溫度顯示表會自動切換顯示T、T的值。A B切換的規(guī)律：每分鐘的前58秒顯示T，最終2秒顯示T。顯示T 時，第一位數(shù)碼管顯示成A B A“Tb’。留意：顯示Tb時，蜂嗚器會發(fā)聲報警，不要慌張。自動保存數(shù)據(jù)功能試驗過程中，儀器有自動記錄溫度的功能：開機或復(fù)位的前201秒自動保存TA

的溫度值。試驗完畢后，您在儀器前面板上按“查詢”鍵，就可以查閱這些數(shù)據(jù)。教據(jù)查閱功能2O分鐘，在每分鐘末，TA值被自動保存一次。試驗完畢后，按“查詢”鍵，即可依次讀取保存的TA值。查詢時，第一位數(shù)碼管表示溫度值的編號。舉例：“O1分鐘未時記錄的TA值“1”表示第2分鐘末時記錄的TA值?“89分鐘末時記錄的TA值“9”表示第lO分鐘未時記錄的TA值??“0.11分鐘末時記錄的TA值1表示第12分鐘末時記錄的TA8表示第l9分鐘末時記錄的TA值9表示第20分鐘末時記錄的TA值按一下“查詢’鍵，則讀取下一個T 值。讀取20個后，從第一個重讀取。查詢完畢后，A按“復(fù)位’鍵可重試驗。同時，全部T 值自動去除。A