实验9冰的熔解热的测定(86-95).docVIP

实验九 测定冰的熔解热 一定压强下晶体开始熔解时的温度，称为该晶体在此压强下的熔点。1克质量的某种晶体熔解成为同温度的液体所吸收的热量，叫做该晶体的熔解潜热，亦称熔解热。 本实验用混合量热法来测定冰的熔解热。它的基本作法是：把待测的系统A和一个已知其热容的系统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和热容Cs计算出来的，即Q=Cs，因此，待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。 由此可见，保持系统为孤立系统，是混合量热法所要求的基本实验条件。这要从仪器装置、测量方法以及实验操作等各方面去保证。如果实验过程中与外界的热交换不能忽略，就要作散热或吸热修正。 温度是热学中的一个基本物理量。量热实验中必须测量温度。一个系统的温度，只有在平衡态时才有意义，因此计温时必须使系统温度达到稳定而且均匀。用温度计的指示值代表系统温度，必须使系统与温度计之间达到热平衡。 [二]实验内容 一、实验目的： 1、了解热学实验中的基本问题——量热和计温； 2．一种粗略修正散热的方法； 3．进行实验安排和参量选择。 二、实验仪器： 量热器、物理天平、水银温度计(0-50.00℃及0-100.00℃各一支)、量筒、玻璃皿、冰、秒表、干拭布等。 三、实验原理 ： 若有M克T1℃的冰（设在实验室环境下其熔点为T0℃）与m克T2℃的水混合。冰全部熔解为水后的平衡温度为T3℃。设量热器的内筒和搅拌器的质量分别为m1、m 2，比热容分别为C1、C 2。温度计的热容为．已知冰的比热容(-40℃—0℃)为0.43cal/g·℃。如果实验系统为孤立系统，将冰投入盛有T2℃水的量热器中，则有： 0.43M(T0-T 1)+ML+M(T3-T0) =(mc0+m l c l+m2 c2+)(T2-T3) 式中L为冰的熔解热。取水的比热容c0为1 c a1／g·℃ 在我们实验室条件下，冰的温度可认为是O℃,即T1=0℃，冰的熔点也可以认为是0℃，即T0=0℃,所以冰的熔解热 L= (mc0+m l c l+m2 c2+)(T2-T3)-T3。 从上式可见，内筒、搅拌器和温度计的热容的效果，是相当于水的质量增加(m l c l+m2 c2+)，而用一热容为零的量热器。我们把(m l c l+m2 c2+)叫作量热器的水当量，以m′表示，其量纲与热容量同。于是有： L= (m+ m′)(T2-T3)-T3。 （2—13—1） 温度计是由玻璃和水银制成的，玻璃的比热容为0.1 9 c al／g·℃，密度约为2.5g／cm3。水银的比热容为0.033 cal／g·℃，密度为13.6 g／cm3。因而1cm3玻璃的水当量等于 0.19×2.5=0.47 cal／g·℃ 1 cm3水银的水当量等于。 0.33×13.6=0.45 cal／g·℃ 故通常计算水银温度计的水当量只须求得浸入液体部分的体积V，然后乘以0.46，即 =0.46v cal／℃ （2—13—2） 因此 m′=m l c l+m2c 2+0.46 V。 （2—13—3） m′求得后，便能由（2—12—1）式求得L了。V的单位是cm3。 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，在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；不应当在阳光的直接照射下或空气流动太快的地方(如通风过道，风扇旁等)进行实验；冬天要避免接近火炉或暖气旁作实验等。此外，由于系统与外界温度差越大时，在它们之间传递热量越快多时间越长，传递的热量越多。因此在进行量热实验时，要尽可能使系统与外界温度差小，并尽量使实验过程进行得迅速。 尽管注意到了上述的各个方面，但除非系统与环境的温度时时刻刻完全相同，否则就不可能完全达到绝热的要求。因此，在作精密测量时，就需要采用一些办法来求出实验过程中实验系统究竟散失或吸收了多少热量。在系统与环境温度差不大时，这种修正是根据牛顿冷却定律来进行的。 一个系统的温度如果高于环境温度，它就要散失热量。实验证明，当温度差相当小时（约为不超过10℃~15℃），散热速度与温度差成正比。此即牛顿冷却定律。用数学形式表示可写成： （2—13—4） 这里是系统散失的热量，是时间间隔，K是一个常数（称为散热常数），与系统表面积成正比并随表面的吸