金屬比熱容的測定-講稿

金屬比熱容的測定指導教師：哈斯朝魯班級：13級物理學漢班學號：20131104373姓名：鄭武超1.通過本實驗了解金屬冷卻速率和它與環(huán)境溫差之間的關系以及進行測量的實驗條件，進一步鞏固牛頓冷卻定律。2.掌握冷卻法測定金屬比熱容的方法，并以銅為標準樣品，測定鐵，鋁在100攝氏度時的比熱容。實驗目的EXPERIMENTTARGET

金屬比熱容測量儀，精密電子天平,升降臺，熱源（電烙鐵）、銅-康銅熱電偶，金屬樣品（鐵，鋁，銅），防風桶（加蓋），電源線，真空保溫杯，調零線，秒表，支架。實驗儀器LABORATORYAPPARATUS

a.熱源,加熱采用75瓦電烙鐵改制而成，利用底盤支撐固定并可上下移動（其電源由金屬比熱容測量儀上的“熱源”開關控制）；b.實驗樣品，是直徑5mm,長30mm的小圓柱，其底部深孔中安放熱電偶（其熱電動勢約0.042mV/℃），而熱電偶的冷端則安放在冰水混合物內；c.銅-康銅熱電偶；d.熱電偶支架；e.防風容器；f.三位半數字電壓表，其輸出電壓（溫度）由金屬比熱容測量儀中的數字電壓表讀出]，顯示用三位半面板表；g.冰水混合物。實驗裝置EXPERIMENTALINSTALLATION實驗裝置如上圖所示，對測量試樣溫度采用常用的銅－康銅做成的熱電偶，當冷端為冰點時，測量熱電偶熱電動勢差的二次儀表由高靈敏、高精度、低漂移的放大器加上三位半數字電壓表（放大電路的滿量程為20mV）組成，由數字電壓表顯示的mV數即對應待測溫度值。加熱裝置可自由升降和左右移動。被測樣品安放在大容量的防風圓筒內即樣品室，其作用保持高于室溫的樣品自然冷卻，這樣結果重復性好，可以減少測量誤差，提高實驗準確度。本實驗可測量金屬在各種溫度時的比熱容（室溫到200℃）.單位質量的物質，其溫度升高1k（或1℃）所需的熱量叫做該物質的比熱容，其值隨溫度而變化。將質量為M1的金屬樣品加熱后，放到較低溫度的界質（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）應與溫度下降速率成正比（由于金屬樣品的直徑和長度都很小，而導熱性能又很好，所以可認為樣品各處的溫度相同），于是得到下述關系式：⑴式中，C1為該金屬樣品在溫度θ1時的比熱容，△θ1/△t為金屬樣品在溫度θ1時的溫度下降速率。根據牛頓冷卻定律有：

=α1S1（θ1-θ0）m⑵(1)實驗原理EXPERIMENTTALPRINCIPLE

(2)式中，α1為熱交換系數，S1為該樣品外面的面積，m為與周圍界質的狀況有關的系數，θ1為金屬樣品的溫度，θ0為周圍界質的溫度。由式（1）和（2），可得：

（3）同理，對質量為M2、比熱容為C2的另一種金屬樣品，可有同樣的表達式：（4）由式（3）和（4），可得：所以：如果兩樣品的尺寸和形狀都相同（例如細小的圓柱體），即S1=S2；兩樣品表面狀況也相同（如涂層、色澤等），而周圍界質（空氣）的性質當然也不便，則有α1=α2。于是，當周圍介質溫度不變（即室溫θ0恒定，兩樣品又處于相同溫度θ1=θ2=θ）時，上式可簡化為⑸

如果已知標準樣品的比熱容C1、質量M1、待測樣品的質量M2及兩樣品在溫度θ時的溫度下降速率之比，就可求出待測的金屬比熱容C2

已知銅在100℃似的比熱容為：CCu=0.0940cal/（㎏?℃）一．必做部分：測量鐵和鋁在100℃時的比熱容1．用電子天平稱出各金屬樣品的質量M。再根據這一特點，把它們區(qū)別開來。對金屬比熱容儀進行調零（輸入端直接用調零線相連，再用調零旋鈕）。2．使熱電偶熱端的銅導線與數字電壓表的正端相連；冷端的銅導線與數字電壓表的負端相連。實驗用銅-康銅熱電偶測量溫度，而熱電偶的熱電動勢采用低漂移的放大器和三位半數字電壓表，經信號放大后輸入數字電壓表顯示的滿量程為20mV，讀出的mV數查附表即可換算成溫度。熱電偶的冷端插入冰水混合物中，熱端固定在防風桶中，樣品放置在熱電偶的熱端。加熱后不要接觸熱電偶和待測樣品。實驗內容EXPERIMENTCONTENT3．將樣品安置在防風金屬筒內，開始加熱。加熱電烙鐵的電壓為4.83mV(溫度過高，鋁樣品將被熔化)。當樣品加熱到120℃(當數字電壓表讀數為5.2mV)時，切斷電源移去電烙鐵，樣品繼續(xù)安放在與外界基本隔絕的金屬圓筒內自然冷卻(筒口須蓋子)。當溫度升到接近102℃時開始記錄（測量樣品由102℃下降到98℃所需的時間），計算樣品的冷卻速率按鐵、銅、鋁的次序，分別測量其溫度下降速度，每樣品重

復測量5次。因為各樣品的溫度下降范圍相同()所以公式(2-5)可以簡化為具體做法：可記錄電壓表值約從降到所需的時間

(因電壓表顯示數字值是跳躍性的，所以、只能取附近的值)，

從而計算。注意：熱電偶的熱電動勢與溫差的關系在同—小溫差范圍內可看作線性關系，即

故：（1）在精密稱量過程中要先將天平調平，通過調節(jié)旋鈕使小水珠保持在圓環(huán)正中心。（2）在使用金屬比熱容測量儀的時候要先進行調零。（3）熱電偶的冷端必須實際接觸冰水混合物。（4）室溫盡量保持恒溫。（5）加熱后不許接觸銅-康銅熱電偶和待測樣品（6）金屬比熱容測量儀在調零過程中要使示數恰好是0.00mV。（7）實驗結束后先關閉儀器開關再關閉總開關。（8）冰水混合物中冰塊要盡量碎小。注意事項銅-康銅熱電偶分度表樣品質量：MCu=4.830g;MFe=4.280g;MAl=1.500g。熱電偶冷端溫度：=0。樣品由10