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实验六固体比热容的测量doc
实验六 固体比热容的测量
实验目的
掌握基本的量热方法——混合法;
测定金属的比热容;
学习一种修正散热的方法根据能量守恒定律,高温物体放出的热量就应等于低温物体吸收的热量,即:
本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体的比热。设量热器(包括搅拌器和温度计插入水中部分)的热容为C,实验时,量热器内先盛以质量为,温度为的冷水,之后,把加热到温度为质量为的待测金属块投入量热器中,经过热交换后,量热器与金属块达到共同的末温: (1)
即 2
量热器的热容C可以根据其质量和比热容算出。设量热器筒和搅拌器由相同的物质制成,其质量为,比热容为,则 (3)
式中为温度计插入水中部分的热容。的值可由下式求出:
式中V为温度计插入水中部分的体积。表示以J·0C-1为单位时的数值,而表示V以cm3为单位时的数值。
系统误差的修正
上述讨论是在假定量热器与外界没有热交换时的结论。实际上只要有温度差异就必然会有热交换存在,因此实验结果总是存在系统误差,有时甚至很大,以至无法得到正确结果。所以,校正系统误差是量热学实验中很突出的问题。为此可采取如下措施:
1)要尽量减少与外界的热量交换,使系统近似孤立体系。此外,量热器不要放在电炉旁和太阳光下,实验也不要在空气流通太快的地方进行。
2)采取补偿措施,就是在被测物体放入量热器之前,先使量热器与水的初始温度低于室温,但避免在两热器外生成凝结水滴。先估算,使初始温度与室温的温差与混合后末温高出室温的温度大体相等。这样混合前量热器从外界吸热与混合后向外界放热大体相等,极大地降低了系统误差。
3)缩短操作时间,将被测物体从沸水中取出,然后倒入量热器筒中并盖好的整个过程,动作要快而不乱,减少热量的损失。
4)严防有水附着在量热筒外面,以免水蒸发时带走过多的热量。
5)沸点的校正。在实验中,我们是取水的沸点为被测物体加热后的温度,但压强不同,水的沸点也有所不同。为此需用大气压强计测出当时的气压,再由气压与沸点的关系通过查表查出沸点的温度。
采取以上措施后,散热的影响仍难以完全避免。被测物体放入量热器后,水温达到最高温度前,整个系统还会向外散热。所以理论上的末温是无法得到的。这就需要通过实验的方法进行修正:在被测物体放入量热器前4-5min就开始测度量热器中水的温度,每隔1min读一次。当被测物体放入后,温度迅速上升,此时应每隔0.5min测读一次。直到升温停止后,温度由最高温度均匀下降时,恢复每分钟记一次温度,直到第15min截止。由实验数据作出温度和时间的关系曲线,如图1所示。
图1 温度和时间的关系曲线
为了推出公式(2)中水的初温度和末温,在图1中,对应于室温在曲线上之O点作一垂直与横轴的直线。然后将曲线上升部分AE及下降部分FD延长,与此垂线分别相交于B点和C点,这两个交点的温度坐标可看成是理想情况下的T1和T2,即相当于热交换无限快时水的初温与末温。
实验内容与步骤 1、称出质量为的金属粒,放入加热器中隔水加热。在沸水中至少15min,才可认为金属粒与水同温。水沸腾后测出大气压强P。
2、在金属粒加热的同时,称出量热器内筒及搅拌器质量,然后倒入适量的水,并加入冰屑使水温降低到室温下(注意:不能使筒外表有水凝结),称出总质量,求出水的质量。
3、在倒入金属粒前,一面用棒轻轻搅动,一面每隔一分钟测一次水温,计时5分钟后将加热好的金属粒迅速而准确地倒入量热器内(注意:不能使量热器中水溅出,又切勿碰到温度计),立即将盖盖好并继续搅拌,同时,每隔半分钟测一次水温。至水温均匀下降,每隔一分钟测一次水温,连续10min左右为止。
4、用排水法将温度计浸没于水下的体积在小量筒中测得。先将水注入小量筒中,记下其体积,然后将温度计插入水中,使温度计插入水中的体积与在量热筒中没入水中的体积相同(以从量热筒中取出温度计上水印为准),读出液面升高后的体积,则温度计插入量热筒水中的体积为:(注意:实验中温度计中的水银泡一定要没入水中,但又不能碰到锌粒)。
5、查表得到实验气压条件下水的沸点,即作为金属粒加热后的温度。
6、作温度-时间曲线,求出和,即公式(2)中水的初温度和末温。
五、数据记录及处理
自拟表格记录测量的有关数据。根据公式(2)求出金属粒的比热,并和其标准比热比较,求出相对误差。
六、思考题:
1.混合量热法的原理是什么它的基本实验条件是什么如何保证
4.试分析你在实验中对各参量(如温度、水的质量等)的选取是否得当?的数值可取为,V可用盛水的小量筒去测量。
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