固体比热测定.doc

固体比热容的测定 指导老师：王亚辉 小组成员：李彦辉 张 燚 杨朋波 胡宏明 电热法测固体比热容实验的改进 1　引　言 在传统的混合法测固体比热容实验中, 量热器等的吸热和散热一直是制约实验结果准确度的一个关键因素. 为了消除此类热量传递对测量结果的影响, 在一定的实验条件下, 可以近似地用作图法消除热交换的影响, 其次还要考虑量热器、搅拌器等的等效比热容和质量, 处理过程相当麻烦. 本实验采用电热法, 通过控制放试件和不放试件两种情况下的初末温度和液面高度, 将上述种种热散失抵消掉, 使测量较准确, 操作较简单. 另外, 本实验采用传感器加模拟电路来测量温度, 使温度的测量更准确; 用不锈钢杜瓦瓶代替传统的量热器筒和保温套筒,减少了向外界的热量散失, 且使用方便 2　实验改进方法 实验装置如图1所示. 待测样品及水放在杜瓦瓶中, 并设置了AD590温度传感器和电加热器、搅拌器. 水面高度为杜瓦瓶的3/ 5左右;样品不宜太大或太小; AD590和样品大致位于水深的中部; 电加热器置于偏下部.设加热电压为U, 电流为I, 则电加热器在时间T内放出的热量为UIS. 此热量使量热器的整体温度由t1 升至t2. 根据能量守恒定律, 可得如下方程 UIT= (mc+ m0c0+ C1 + C2 + C3) (t2 - t1) + ΔQ ( 1) 式中, m, c为待测物的质量和比热容; m0, c0 为水的质量和比热容; C1, C2, C3 分别为在此实验状况下量热器( 包括搅拌器) 、电加热器、温度传感器的等效热容量; ΔQ为其它因素散失的热量. 本实验测量的困难在于C1, C2, C3 及ΔQ均为未知的参量. 为解决这一问题, 采用同等实验条件下的系统误差差值消去法.实验分两步进行: 第一步不加待测试件, 加热T1时间后, 系统从t1 升温至t2; 第二步放入t1温度的水和试件, 且要求水位和第一步等高, 加热T2 时间后, 同样使温度升高到t2. 据( 1) 式有 UIT1 = (m01c0+ C1+ C2 + C3)(t2 - t1) + Δ Q1 ( 2) UIT2= (m02c0 + C1+ C2+ C3+ mc)(t2- t1) + ΔQ2 ( 3) ( 2) 式减去( 3) 式得 UI ( T1 - T2) =- mc( t2- t1) + ( m01 - m02) c0( t2 - t1) +ΔQ1 -ΔQ2 故 \ ( 4) 考虑到在前后两步测量中, 初末温度相同,水的高度相同, 环境条件也相同, 因此量热器热量交换情况基本相同, 其差别仅在于电加热的时间T1 与T2 略有差别, 造成 ΔQ1 与 ΔQ2 略有不同. 由于用了高真空杜瓦瓶作为量热器, ΔQ1与 ΔQ2 均很小, 而其差值将更小. 测试结果也表明平衡后系统的温度随时间的变化极缓慢, 如图2所示. 因此, 可以忽略该项差别, 认为 ΔQ1- ΔQ2= 0, 则( 4) 式化得为 本实验应该注意的几个问题: 1) 本实验的关键之一在于两步实验初末温度的控制, 最好相同, 稍有差别也是可以的, 但一定要保证t2-t1 相同. 2) 加热过程中要充分地、不断地搅拌, 否则传感器即数字毫伏表反映的温度与实际平衡温度会有差别. 3) 计时器的开关要迅速及时, 必要时可两人配合. 关闭加热器和计时器后应继续搅拌片刻, t2 应取最大读数值. 4) 要选择恰当的电加热功率. 功率太大, 会使计时器的控制难度加大, 且增加量热器内温度的不均匀性; 太小会使实验时间延长, 增大散热引起的误差. 数据记录: 烧杯:m1=66.3 筒：m2=66.6 筒+水：m3=212.1g 筒+水+珠：m4=298.7g 烧杯+铜珠：m5=166.4g 只加水： U=11.99v