測定冰的熔解熱研究性報告

《測定冰的熔解熱》研究性報告摘要冰的溶解熱實驗以牛頓冷卻定律為原理，采用了巧妙的散熱修正的方法，減小實驗誤差。雖然電阻法測溫度利用函數(shù)計算之后，得到精確度較高的數(shù)字，但在用面積法對初末溫度進行修正的過程中，由于數(shù)格子這一過程較為繁瑣，且缺乏較高的精確性，而影響了實驗的最終結(jié)果。我們的報告利用EXCEL擬合已經(jīng)精確積分計算的方法，完成電阻和溫度較為精確計算，以及面積取等的過程，力求減小實驗誤差，得到更加的實驗結(jié)果。實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)用混合量熱法測定冰的熔解熱。應(yīng)用有物態(tài)變化時的熱交換定律來計算冰的溶解熱。學(xué)習(xí)進行散熱修正的方法。熟悉熱學(xué)實驗中基本儀器的使用。實驗原理基本原理本實驗用混合量熱法測定冰的熔解熱。其基本做法如下：把待測系統(tǒng)A和一個已知熱容的系統(tǒng)B混合起來，并設(shè)法使它們形成一個與外界沒有熱量交換的孤立系統(tǒng)C（C=A+B）。這樣A或（B）所放出的熱量，全部為B(或A)所吸收。因為已知熱容的系統(tǒng)在實驗過程中所傳遞的熱量Q，是可以由其溫度的改變△T和熱容C計算出來，即Q=C△T，因此待測系統(tǒng)在實驗過程中所傳遞的熱量也就知道了。實驗時，量熱器裝有熱水（約高于室溫10℃，占內(nèi)筒容積1/2），然后放入適量冰塊，冰溶解后混合系統(tǒng)將達到熱平衡。此過程中，原實驗系統(tǒng)放熱，設(shè)為Q放，冰吸熱溶成水，繼續(xù)吸熱使系統(tǒng)達到熱平衡溫度，設(shè)吸收的總熱量為Q吸。因為是孤立系統(tǒng)，則有Q若有質(zhì)量為M、溫度為T1的冰（在實驗室環(huán)境下其比熱容為c1，熔點為T0）。與質(zhì)量為m、溫度為T2的水（比熱容為c0）混合，冰全部熔解后系統(tǒng)的平衡溫度為T3，設(shè)量熱器內(nèi)筒和攪拌器的質(zhì)量分別為m1、m2（比熱容分別為c1c2），數(shù)字溫度計浸入水中的部分放出的熱量忽略不計。如果實驗系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，則熱平衡方程式為：ML+M因在本實驗條件下，冰的熔點可認為是0℃，所以冰的溶解熱為：L=綜上所述，保持實驗系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)是混合量熱法所要求的基本實驗條件。為此整個實驗在量熱器內(nèi)進行，但由于實驗系統(tǒng)不可能與環(huán)境溫度始終一致，因此不滿足絕熱條件，可能會吸收或散失能量。所以當(dāng)實驗過程中系統(tǒng)與外界的熱量交換不能忽略時，就必須作一定的散熱修正。由牛頓冷卻定律可知，系統(tǒng)溫度Ts如果略高于環(huán)境溫度（如兩者的溫度差不超過10℃-15℃），系統(tǒng)熱量的散熱速率與溫度差成正比，用數(shù)學(xué)形式表示為dQ其中K為常數(shù)，與量熱器表面積，表面情況和周圍環(huán)境等因素有關(guān)。散熱修正通過作圖用外推法可得到混合時刻的熱水溫度T2'，和熱平衡的溫度T3'。圖中面積SA等于面積SB時，過t0作t軸的垂線，得對應(yīng)的溫度T2'、T3'。實驗儀器數(shù)字三用表、量熱器、電子天平、電子溫度計、加溫器皿。實驗內(nèi)容與步驟將內(nèi)筒擦干凈，用天平稱出攪拌器加內(nèi)筒的質(zhì)量的總和m1；筒中裝入適量的水（約高于室溫10-15℃，水質(zhì)量160-200g），用天平稱得內(nèi)筒加攪拌器加水的質(zhì)量m1+m；將內(nèi)筒置于量熱器中，蓋好蓋子，插好攪拌器和溫度計，開始計時并輕輕上下攪動量熱器中的水，觀察熱水的溫度變化（如每隔1min記錄一個數(shù)據(jù)），去三到五個點，能得到水溫下降的趨勢即可，并得到一個初始溫度；初始溫度記錄后馬上從冰箱中取出預(yù)先備好的冰塊（三塊），同時投入水中；用攪拌器輕輕上下攪動量熱器中的水，記錄溫度隨時間的變化，每15s讀一次數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)最低溫T3(℃)時，說明冰塊完全溶解系統(tǒng)基本達到熱平衡，再記錄回升溫度3-5個點（每1min測一次），得到水溫上升曲線，最末溫度必須低于環(huán)境溫度5-10度；將內(nèi)筒拿出，用天平稱出內(nèi)筒（包括攪拌器）和水的質(zhì)量m1+m+M；實驗完畢，整理儀器，處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄與處理原始數(shù)據(jù)m攪拌棒+內(nèi)筒m內(nèi)筒m內(nèi)筒+水m內(nèi)筒+水+冰m水m冰T環(huán)境T冰162.52g140.33g318.61g350.50g178.28g31.89g20.846℃-21℃對應(yīng)溫度時間t/s溫度T/℃電阻/kΩ時間t/s溫度T/℃電阻/kΩ時間t/s溫度T/℃電阻/kΩ031.8801.124046521.6401.084361515.4911.06046031.7001.123348020.1991.078763015.4401.060212031.5701.122849519.0661.074369015.4141.060118031.4671.122451017.8571.069675015.5171.060524031.3381.121952517.3171.067581015.5941.060830031.2351.121554016.6481.064987015.6711.061136031.1571.121255516.2111.063293015.7481.061442031.0541.120857015.9281.062199015.8511.061843525.6801.100058515.7481.0614105015.9281.062145023.0061.089660015.5421.0606數(shù)據(jù)處理通過excel計算線性回歸方程：l1:l2:y=-2×10-6l3:y解方程：420x(l1:-得出T2=30.871℃ T3=15.154℃又m1+m2=162.52g m0=178.28g M=31.89gc0=4.18kJ·kg-1·K-1 cI=1.8kJ·kg-1·K-1 c2=0.389kJ·kg-1·K-1T1=-21℃ T2=30.871℃ T3=15.154℃由公式L=得

L=L=297.292kJ·kg-1誤差分析實驗過程中，可能存在系統(tǒng)傳熱不均的問題。加熱快或攪拌慢了，量熱器內(nèi)的水上熱下涼，溫度計測得的是高溫層的水溫，引起計算結(jié)果偏小，加熱慢了或攪拌過快，攪拌器對水作的功和量熱器散熱引起計算結(jié)果偏大。實驗過程中涉及的熱容包括鋁質(zhì)內(nèi)筒、鍍鋅鐵絲攪拌器、銅桿接線柱、合金電阻絲、銅螺母和金屬電阻感應(yīng)器等，分別都測量熱容比較困難，實際上又很多估計值。實驗過程中操作不當(dāng)，熱量散失增大，使L值偏小。難以保證讀數(shù)時的時間間隔完全相等，帶來數(shù)據(jù)的誤差，對作圖有微小影響。思考題1．如何求得系統(tǒng)的散熱系數(shù)K？K=C水?tM×ln(2．試定性說明下述情況給的測量結(jié)果帶來的影響。（1）測初溫之前沒有攪拌；答：未攪拌導(dǎo)致T2偏大，由L=得L偏大。（2）測初溫后到投冰之前相隔了一段時間；答：相隔了一段時間導(dǎo)致T2偏大，由L=得L偏大（3）攪拌過程中有水濺出；答：有水濺出導(dǎo)致最后系統(tǒng)所測得的平衡溫度T3偏小，由

L=得L偏大。（4）冰含水或者未拭干就投入量熱器；答：冰含水或者未拭干使得M偏大，由

L=得L偏小。（5）水蒸發(fā)，在量熱器絕緣蓋上形成露滴。答：水蒸發(fā)帶走了熱量，使得T3偏小，由

L=得L偏大?？偨Y(jié)與反思此次《測定冰的溶解熱》實驗，我們主要是學(xué)習(xí)了牛頓冷卻定律，以及兩種散熱修正的方法，雖然實驗過程并不復(fù)雜，但是這次實驗以及數(shù)據(jù)處理的過程，都使我們有很大收獲。首先，對于實驗提出的修正方法。第一種散熱修正已經(jīng)能夠是散熱和吸熱比較好的相互抵消，但是第二種修正方法又進行了進一步的改進，將熱量的修正改為了對初末溫度的修正，減少了對水初末溫度的限制，是實驗?zāi)軌蚋泳_。這啟示我們，為提高實驗的精度，首先要想到在原理上提出進一步的改進，對改進的方式不應(yīng)該輕易滿足，可以采用替代、轉(zhuǎn)化，利用數(shù)學(xué)以及作圖等多種方法來尋求更好的原理和方法。第二方面，就是關(guān)于數(shù)據(jù)處理。我們在處理數(shù)據(jù)的過程中，認識到雖然用電阻值及相應(yīng)函數(shù)，得到具有較高精度的溫度值是可以實現(xiàn)的，但是，從實驗操作到數(shù)據(jù)處理的每一個過程和細節(jié)都會直接影響到實驗最終的精確度。因此我們想到了利用計算機技術(shù)，以及精確地函數(shù)計算來處理數(shù)據(jù)的方法。然而，我們也意識到數(shù)據(jù)處理水平的提高并不能完全地提高實驗的精確度，實驗方法和應(yīng)用原理也是至關(guān)重要的。雖然這次實驗沒有想到更為完善的方法，但是，在今后的實驗中，我們一定會更加注重理論理解，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)一些小漏洞，思考并尋求更好的解決方法，以保證實驗整體的精度。最后，是關(guān)于我們是實驗素養(yǎng)方面的。這次實驗操作過程并不難，但去需要敏捷的動作、足夠的耐心和適當(dāng)?shù)募记伞１?/p>