测定冰的熔解热研究性报告..docVIP

基础物理实验研究性报告 测量冰的溶解热、电热法测量焦耳热功当量 第一作者： 张令 学号： 院系:航空科学与工程学院 第二作者：杨旭波 学号院系：可靠性与系统工程学院 第三作者：彭广涛 学号院系：航空科学与工程学院 冰的溶解热 一、摘要 以往该实验记温方式是：投完冰后立即一手搅拌一手拿笔记录万用表示数，每15秒记录一次，由于溶解速度快，记录间隔小本可以减小实验误差，但是却给操作带来了极大困难，迅速记数就无法均匀搅拌，而且人为读数迟缓或者提前一秒这些正常现象都会给实验结果带来很大误差。本文提出了一种新的记温方式进行实验，将手机置于万用表上方，通过摄像记录万用表数值变化全过程，操作者负责搅拌即可，可有效提高记温精度和记温难度。 二、实验目的 熟悉热学实验中的基本问题——量热和记温； 研究电热法中做功和传热的关系； 学习两种进行散热修正的方法——牛顿冷却定律法和一元线性回归法； 了解热学实验中合理安排实验和选择参量的重要性 本实验用混合量热法测定冰的熔解热。其基本做法如下：把待测系统A和一个已知热容的系统B混合起来，并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统C（C=A+B）。这样A或（B）所放出的热量，全部为B(或A)所吸收。因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量Q，是可以由其温度的改变△T和热容Cs计算出来，即Q = Cs△T，因此待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。 装置简介 量热器如下图所示于内筒的外壁及外筒的内外壁都电镀的十分光亮，使得它们发射或者吸收辐射热的本领变得很小，于是实验系统和环境之间因辐射而产生的热量传递也得以减小，这样的量热器就可以使实验系统粗略的接近一个孤立系统了。 实验原理 若有质量为M、温度为T1的冰（在实验室环境下其比热容为c1，熔点为T0）。与质量为m、温度为T2的水（比热容为c0）混合，冰全部熔解后系统的平衡温度为T3，设量热器内筒和搅拌器的质量分别为m1、m2，比热容分别为c1、 c2，温度计的热容为δm，如果实验系统为孤立系统，将冰投入盛水量热器中，则热平衡方程式为： （4.5.1） 式中，L为冰的溶解热。 因在本实验条件下，冰的熔点可认为是0℃，所以冰的溶解热为： (4.5.2) 为了尽可能使系统与外界交换的热量达到最小，除了使用量热器以外，实验的操作过程中也必须予以注意，例如不应当直接用手去把握量热器的任何部分，不应当在阳光直接照射或者空气流动速度快的地方进行实验，冬天要避免在火炉或者暖气旁做实验等。此外，由于系统与外界温差较大时，在它们之间传递热量较快，而且时间越长，传递的热量越多，因此在进行量热实验时，应尽可能使系统与外界温差较小，并尽可能使实验进行迅。 尽管注意到了以上各个方面系统仍不可能完全达到绝热要求 一个系统的温度如果高于环境温度例如不超过15℃)，散热速率与温差成正比，此即牛顿冷却定律，用数学形式表示为： (4.5.3) 其中δq为系统散失的热量，δt是时间间隔称为散热速率表示单位时间内系统散失的热量 方法一： 这种一种根据牛顿冷却定律粗略修正散热方法。当时，系统向外散热；当时，，系统从环境吸热。可以取系统的初温，终温，以设法使整个实验过程中系统与环境间的热量传递前后彼此抵消。 考虑到实验的具体情况，刚投入冰时，水温高，冰的有效面积大，溶解快，因此系统表面温度T（即量热器中水温）降低较快；随后，随着冰的不断融化，冰块逐渐变小，水温逐渐降低，冰溶解缓慢，水温的降低也就变慢起来。量热器中的水温随时间的变化曲线如图所示。 根据式（4.5.3），实验过程中，即系统温度从T2变为T3这段时间（t2-t3）内系统与环境间的交换热量为 前一项；后一项，系统吸热，对应于面积。不难想见，面积SA与系统向外界散失的热量成正比即q散KSA；而面积SB与系统从外界吸收的能量成正比，即q吸=KSB,K是散热常数,系统对外界的吸热和散热就可以相互抵消 上述这种使散热与吸热相互抵消的做法不仅要求水的初温比环境高末温比环境温度低而且对初温末温与环境温度相差的幅度要求比较严格往往经过多次试做效果仍可能不理想因此希望吧上述思想进行扩展放宽对量热器中水的初温和末温的限制 如图4.5.3所示，在t=t2时投入冰块在tt3时冰块融化完毕在投入冰块前系统的温度沿//2T2变化在冰块融化完毕后系统温度沿//3变化//2T2