冷却法测金属比热容.ppt

实验目的 * * 实验简介 实验原理 实验内容 仪器及调整 实验数据 预习题 思考题 【实验简介】 根据牛顿冷却定律，用冷却法测定金属的比热容是量热学常用方法之一。若已知标准样品在不同温度的比热容，通过作冷却曲线可测量各种金属在不同温度时的比热容。 【实验目的】 以铜为标准样品，测定铁、铝样品在100℃或200℃时的比热容。 了解金属的冷却速率和它与环境之间的温差关系以及进行测量的实验条件。 【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。将质量为M1的金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如：室温的空气）中，样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失（△Q/△t）与温度下降的速率成正比，于是得到下述关系式： （1） （1）式中C1为该金属样品在温度θ1时的比热容， 为金属样品在θ1的温度下降速率，根据冷却定律有： （2）式中 为热交换系数, 为该样品外表面的面积，为常数，为金属样品的温度，为周围介质的温度。由式（1）和（2），可得 （2） （3） 同理，对质量为M2，比热容为C2的另一种金属样品，可有同样的表达式： 由上式（3）和（4），可得： （4） 所以： 如果两样品的形状尺寸都相同，即S1 = S2；两样品的表面状况也相同（如涂层、色泽等），而周围介质（空气）的性质当然也不变，则有α1=α2。于是当周围介质温度不变（即室温θ0恒定）两样品又处于相同温度θ1=θ2=θ时，上式可以简化为： (5) 如果已知标准金属样品的比热容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。 已知铜在100℃时的比热容为：Ccu=393J/(kg℃). 【实验内容】 测量铁和铝100℃时的比热容 1、用铜一康铜热电偶测量温度，而热电偶的热电势采用温漂极小的放大器和三位半数字电压表，经信号放大后输入数字电压表显示的满量程为20mV，读出的mV数查表即可换算成温度。 2、选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三种金属样品（铜、铁、铝）用物理天平或电子天平秤出它们的质量M0。再根据MCu＞MFe＞MAl这一特点，把它们区别开来。 3、使热电偶端的铜导线与数字表的正端相连；冷端铜导线与数字表的负端相连。当数字电压表读数为某一定值即150℃（大约在6.000mv）时，切断电源移去加热源，样品继续安放在与外界基本隔绝的有机玻璃圆筒内自然冷却（筒口须盖上盖子）。当温度降到102℃ (4.157mv)时开始记时，当温度降到98℃ （3.988 mv ）时计时结束。测量样品102℃下降到98℃所需要时间△t0。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6次。 因为各样品的温度下降范围相同（△θ=102℃-98 ℃=4℃）所以公式（5）可以简化为： ( 6 ) 【实验仪器】 1.实验仪器：FB312型冷却法金属比热容测定仪