冰的熔解热报告.doc

测定冰的熔解热 【引言】 一定压强下的晶体开始熔解时的温度称为该晶体在此压强下的熔点，质量为1g的某种物质的晶体熔解为相同温度的液体所吸收的热量叫做该晶体的熔解本实验采用混合量热测定冰的熔解热，其基本原理是：把待测系统和一个已知其热容的系统混合起来，并使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统。于是，在此孤立系统中已知其热容的系统吸收(或放出)的热量也就是待测系统放出(或吸收)的热量。已知其热容的系统吸收(或放出)的热量可通过其温度的变化及其热容来求得，于是待测系统放出(或吸收)的热量也便可求得量热器的种类很多，随测量的目的、要求、测量精度的不同而异。最简单的一种如图所示，它是由热的良导体做成的内筒，放在一较大的外筒中组成。通常在内筒中放水、温度计及搅拌器，这些东西(内筒、温度计、搅拌器及水)连同放进的待测物体就构成了我们所考虑的(进行实验的)系统，内筒、水、温度计和搅拌器的热容可以测知。量热器的内筒置于一绝热架上，外筒用绝热盖盖住，因此其内的空气与外界对流很小。又因空气是不良导体，所以内、外筒间通过热传导传递的热量便可减至很少。同时由于内筒的外壁及外筒的内外壁都十分光亮，使得它们向外辐射热或吸收辐射热的本领变得很小，因我们进行实验的系统和环境之间因辐射而产生热量的传递也可减至很小。这样，量热器就可粗略地被看作一个孤立系统了。外壁及外筒的内外壁都十分光亮，使得它们向外辐射热或吸收辐射热的本领变得很小，因我们进行实验的系统和环境之间因辐射而产生热量的传递也可减至很小。这样，量热器就可粗略地被看作一个孤立系统了。、温度为（以表示）的冰放入质量为、温度为的温水中（温水盛在量热器的内筒里），通过搅拌待冰全部熔解后，其平衡温度为。在此交换过程中，冰先吸收热量（为冰的熔解热）而熔解为的水，再从升温到，又吸收热量为，为水的比热容。量热器系统（内筒、搅拌器、温度计）与原来的温水放出的热量可表示为（+++）。其中、分别为铝的比热容和内筒的质量，、分别为铜的比热容和搅拌器的质量，为温度计温度降所放出的热量，它相当于质量为的水温度降所放出的热量，的值由实验室给出（习惯上称为温度计的水当量）。根据平衡原理有 +=（+++） （4-4-1） 即 = （4-4-2） 、、的值分别为、、（它们随温度的变化可忽略不计）。 可以看出，本实验的关键是必须保持系统为孤立系统，即系统与外界环境没有热交换，热传递有三种方式：①热传导；②热对流；③热辐射。实验中考虑了整个“热学系统”的吸热与放热，“热学系统”主要由量热器的内筒、搅拌器、温度计以及水和冰块组成。量热器结构上有效地防止热传递。 量热器的结构如图4-4-1所示，为防止热传递，内筒放在外筒内的绝热支架上可防止热传导，外筒用绝热盖盖住，因此可防止空气与外界对流，而且空气是热的不良导体，所以内、外筒间因对流传递的热量可减至很小。内筒的外壁及外筒的内壁都电镀得十分光亮，使得它们发射或吸收辐射热的本领变得很小，因此可以减小（本实验的热学系统和环境之间）因辐射而产生热量的传递。这样的量热器可以使实验的热学系统粗略地接近于一个绝热的孤立系统了。 二、散热修正 保持实验系统为孤立系统是混合法测定冰的熔解热的必要条件，但是，把冰块投入量热器的温水中，冰块不可能立即熔解，在整个实验过程中，系统必然要与外界交换热量。换言之，系统不是一个严格的孤立系统，这就破坏了式（4-4-2）的成立条件。所以按式（4-4-2）计算出来的熔解热必然存在相当大的误差，为此必须对热量损失进行修正。 根据“牛顿冷却定律”，在系统温度与室温相差不大时，系统与环境之间的传热速率与温差（-）成正比，即 = （4-4-3） （4-4-4） 式中是常量，系统温度是时间的函数，室温认为是基本不变的。如果我们以横轴代表时间，以纵轴代表温度，作出—图，则—曲线与等温线所包围的面积可代表传热量（相差一个比例常数），如图4-4-2所示。图中为投入冰块的时刻，为温度最低的时刻。曲边三角形的面积可代表系统向外界散发的热量，曲边三角形可代表系统从外界吸收的热量。 把水的初温预热到室温以上，而使冰熔解后系统的末温在室温以下。以室温为界，把整个过程分为放热和吸热两个阶段，这样，就能使在第一阶段和第二阶段不免要发生的热量交换得到一定的补偿。 一般说来，系统向外界散发的热量不会等于它从外界吸收的热量，因为这涉及到的因素很多，诸如水的初温，水的质量，冰块的质量等。为了获得更准确的测量结果，还必须进行散热修正。 图4-4-3表示系统温度随时间的变化曲线，图中段是投入冰前温水的自然降温曲线（由于温度高