冷却法测金属比热容_Wang.pptVIP

深圳大学物理科学与技术学院 物理实验教学中心 实验目的 学习使用冷却法测量金属比热容。 加深对比热容、冷却定律的理解。 掌握热电偶测量温度的原理与方法。 实验原理 单位质量的物质，其温度升高1K（1℃）所需的热量叫做该物质的比热容，其值随温度而变化。 国际单位：J/(kg·K) 常用单位：cal/(kg·℃)、 J/(kg·℃) 、cal/(g·℃) 根据冷却定律，样品因对流而损失的热量为： 热交换系数 样品外表面积 样品温度 环境温度 常数 强迫对流为1，自然对流为1.25 牛顿冷却定律-降温方程: 这是一个 关于时间 的一阶常微分方程。 对另外一金属有： 两式相比，整理有： 如果两样品形状尺寸相同， 两样品表面状况相同，周围环境相同， 那么，当周围介质温度不变（即室温 恒定而样品又处于相同温度 时），上式可以简化为： 如果已知标准样品的比热容c1、质量M1；待测样品的质量M2及两样品在温度θ时冷却速率之比，就可以求出待测的金属材料的比热容c2。 测量样品（Fe和Al）在100℃时的比热容。 实验内容 Fe Cu Al 实验仪器 防护罩 杜瓦瓶 电烙铁 样品室 热电势 时间 实验步骤 短接数字电压表输入接线柱，调零数字电压表。 按实验要求连接好加热仪和热电偶测试仪。 将实验样品套在容器内的热电偶上，盖上有机玻璃盖，下降实验架，使电烙铁套在样品上给样品加热。把样品加热到200℃（数字电压表读数8.20mV）时，断开加热开关。移去加热源，使样品在样品室自然冷却。 记录试验样品温度从102℃（数字电压表读数4.37mV）下降到98℃（数字电压表读数4.18mV）所需要时间Δt。 可按铁、铜、铝的次序，分别测量其温度下降速度，每一样品重复测量5次。 实验步骤 注意事项 取换样品时,用镊子拿取,注意不要烫到手或电线 加热器下降时注意样品的位置 测量降温时间时，按键动作要迅速，减小人为计时误差 数据记录 1 2 3 4 5 Fe Cu Al 样品从102℃（数字电压表读数4.37mV）下降到98℃（数字电压表读数4.18mV）所需要时间Δt: 样品 次数 时间 已知样品质量：Mcu=4.830g MFe=4.028g MAl=1.500g 100 ℃时铜的比热：ccu=0.094 cal/(g·℃) 数据处理 对△t取平均值， △θ=4 ℃，分别计算100 ℃附近Fe、Cu、Al的降温速率 根据式（12-6），计算Fe、Al的比热容。 思考题 比热容的定义是什么？单位是什么？ 根据式（12-6），测量比热容的条件是什么？ —热电偶测温原理： 热电偶是利用温差电效应制成的测温元件，它是由两种不同的金属焊接而成的回路。当两接点a、b的温度不同时，在闭合回路中会产生电动势，该电动势称为温差电动势ε 。 热电偶测温原理图 详细介绍 两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（See－back）发现,所以又称西拜克效应。 热电偶原理图 T T0 A B 热电偶 回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。 热端 自由端 1. 接触电势 + A B T eAB(T) - 接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。 A eA(T,To) To T 2. 温差电势 热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。 导体材料确定后，热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差。 为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定（一般保持0 ）。 把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。 mV A B A’ B’ T C C’ 仪表 铜导线 试管 补偿导线 热电偶 冰点槽 冰水溶液 T0 E T0 T1 T1 T E T0 T0 T 在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示：