2 固體比熱容的測量

PAGE固體比熱容的測量一、實(shí)驗(yàn)原理單位質(zhì)量的物質(zhì)，其溫度升高1K（或1℃）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（△Q/△（1）（1）式中C1為該金屬樣品在溫度θ1時(shí)的比熱容，為金屬樣品在θ1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)，θ1為金屬樣品的溫度，θ0為周圍介質(zhì)的溫度。由式（1）和（2），可得（3）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：（4）由式（3）和（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，則有。于是當(dāng)周圍介質(zhì)溫度不變（即室溫θ0恒定），兩樣品又處于相同溫度時(shí)，上式可以簡化為：（5）本實(shí)驗(yàn)中采用熱電偶測量溫度，熱電偶的溫度通過熱電勢表示，熱電動(dòng)勢與溫度的關(guān)系在同一小溫差范圍內(nèi)可以看成線性關(guān)系，即，式（5）可以簡化為：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θ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。二、實(shí)驗(yàn)儀器圖1DH4603型冷卻法金屬比熱容測量儀本實(shí)驗(yàn)裝置由加熱儀和測試儀組成。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，測溫?zé)犭娕挤胖糜诒粶y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，防止因長期不切斷加熱電源而引起溫度不斷升高。測量試樣溫度采用常用的銅－康銅做成的熱電偶(其熱電勢約為)，將熱電偶的冷端置于空氣中，同時(shí)在旁邊放置溫度計(jì)，監(jiān)測氣溫變化，整個(gè)測量過程氣溫變化應(yīng)小于1℃。帶有測量扁叉的一端接到測試儀的“輸入”端。熱電勢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。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開機(jī)前先連接好加熱儀和測試儀，共有加熱四芯線和熱電偶線兩組線。1.選取長度、直徑、表面光潔度盡可能相同的三種金屬樣品（銅、鐵、鋁）用物理天平或電子天平秤出它們的質(zhì)量M0。再根據(jù)MCu＞MFe＞MA1這一特點(diǎn)，把它們區(qū)別開來。2.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150℃（此時(shí)熱電勢查表可知）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。所需的時(shí)間為對(duì)應(yīng)于100℃至95℃降溫所需的時(shí)間（這兩個(gè)溫度對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢可查表）。按鐵、銅、鋁的次序，分別測量其溫度下降時(shí)間，每一樣品應(yīng)重復(fù)測量6次。3.已知鋁的比熱容為C=0.230cal/g℃，計(jì)算鐵和銅的比熱容。注意事項(xiàng)1.儀器的加熱指示燈亮，表示正在加熱；如果連接線未連好或加熱溫度過高（超過200℃2.測量降溫時(shí)間時(shí)，按“計(jì)時(shí)”或“暫?！卑粹o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)注意要使被測樣品垂直放置，以使加熱裝置能完全套入被測樣品。附錄Ⅰ銅—康銅熱電偶分度表溫度℃0123456789熱電動(dòng)勢mV-40-30-20-100-0+102030405060708090100110120130140150160170180-1.475-1.121-0.757-0.383-0.0000.0000.3910.7891.1961.6112.0352.4672.9083.3573.8134.2774.7495.2275.7126.2046.7027.2077.7188.235-1.510-1.157-0.794-0.421-0.0390.0390.4300.8301.2371.6532.0782.5112.9533.4023.8594.3244.7965.2755.7616.2546.7537.2587.7698.287-1.544-1.192-0.830-0.458-0.0770.0780.4700.8701.2791.6952.1212.5552.9973.4473.9064.3714.8445.3245.8106.3036.8037.3097.8218.339-1.579-1.228-0.867-0.495-0.1160.1170.5100.9111.3201.7382.1642.5993.0423.4933.9524.4184.8915.3725.8596.3536.8537.3607.8728.391-1.614-1.263-0.903-0.534-0.1540.1560.5490.9511.3611.7802.2072.6433.0873.5383.9984.4654.9395.4205.9086.4036.9037.4117.9248.443-1.648-1.299-0.904-0.571-0.1930.1950.5890.9921.4031.8222.2502.6873.1313.5844.0444.5124.9875.4695.9576.4526.9547.4627.9758.495-1.682-1.334-0.976-0.602-0.2310.2340.6291.0321.4441.8652.2942.7313.1763.6304.0914.5595.0355.5176.0076.5027.0047.5138.0278.548-1.717-1.370-1.013-0.646-0.2690.2730.6691.0731.4861.9072.3372.7753.2213.6764.1374.6075.0835.5666.0566.5527.0557.5648.0798.600-1.751-1.405-1.049-0.683-0.3070.3120.7091.1141.5281.9502.3802.8193.2663.7214.1844.6545.1315.6156.1056.6027.1067.6