试验十一混合法测定固体比热容

实验十一 混合法测定固体比热容

一 实 验 目 的

1、掌握基本的量热方法——混合法。 2、测定金属的比热容。

二 实 验 仪 器

量热器，温度计，物理天平，停表，加热器，小量筒，待测物（金属块）。 量热器如图1所示，C为量热器筒（铜制），T为曲管温度计，P为搅拌器，J为套铜，G为保温用玻璃棉。

加热器如图2所示，待测物由细线吊在其中间的圆筒中，由蒸汽锅发出的蒸汽通过加热器的套筒中给待测物加热。加热厚后将其下侧的活门K打开，就可将物体投入置于其下面的量热器中。为了减少加热器排出的水蒸汽，可将排汽管插入冰和水的盆中，使蒸汽凝结成水。

三 实 验 原 理

温度不同的物体混合之后，热量将由高温物体传给低温物体。如果在混合过程中和外界没有热交换，最后将达到均匀稳定的平衡温度，在这过程中，高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量，此称为热平衡原理。本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体的比热。

将质量为m、温度为t2的金属块投入量热器的水中。设量热器（包括搅拌器和温度计插入水中部分）的热容为q，其中水的质量为m0，比热容为c0，待测物投入水中之前的水温为t1。在待测物投入水中以后，其混合温度为θ，则在不计量热器与外界的热交换的情况下，将存在下列关系

mc(t2??)?(m0c0?q)(??t1) （1）

即c?(m0c0?q)(??t1) （2）

m(t2??)量热器的q可以根据其质量和比热容算出。设量热器筒和搅拌器由相同的物质（铜）制成，其质量为m1，比热容为c1，温度计插入水中部分的体积为V，则

图2

q?m1c1?1.9V （3）

1.9V(J??C?1)为温度计插入水中部分的热容，但V的单位为cm3。也

?(g)水，它和可以用混合法测量量热器的热容q。即先将量热器中加入m0? ，其次将mo?的温水迅速倒入量热器中，??(g)温度为t2量热器的温度为t1搅拌后的混合温度为??，则根据式（1），的

??c0(t2????)?(m0?c0?q)(???t1?) m0??c0(t2????)m0?c0 （4） 即 q??m0????t1图3

??m0??和实际测比热容时水的质量m0大体相但是用混合法测量热器热容q时，要注意使水的总质量m0等，混合后的温度??也应和实测时的混合温度?尽量接近才好。

上述讨论是在假定量热器与外界没有热交换时的结论。实际上只要由温度差异就必然会由热交换存

在，因此，必须考虑如何防止或进行修正热散失的影响。热散失的途径主要有三：第一是加热后的物体在投入量热器水中之前散失的热量，这部分热量不易修正，应尽量缩短投放时间。第二是在投下待测物后，在混合过程中量热器由外部吸热和高于室温后向外散失的热量。在本实验中由于测量的是导热良好的金属，从投下物体到达混合温度所需时间较短，可以采用热量出入相互抵消的方法，消除散热的影响。即控制量热器的初温t1，使t1低于环境温度t0，混合后的末温?则高于t0，并使(t0?t1)。第三要注意量热器外部不要有水附着(可用干布擦干净)，以免由于水的蒸发损失较多的热量。

由于混合过程中量热与环境有热交换，先是吸热，后是放热，至使由温度计读出的初温t1和混合温度

?都与无热交换时的初温度和混合温度不同。因此，必须对t1和?进行校正。可用图解法进行，如图3所

示。

实验时，从投物前5，6分钟开始测水温，每30s测一次，记下投物的时刻与温度，记下达到室温t0的时刻?t0作一竖直线MN，过t0作一水平线，二者交于O点。然后描出投物前的吸热线AB，与MN交于B点，混合后的放热线CD与MN交于C点。混合过程中的温升线EF，分别与AB、CD交于E和F。因水温达室温前，量热器一直在吸热，故混合过程的初温应是与B点对应的t1，此值高于投物时记下的温度。同理，水温高于室温后，量热器向环境散热，故混合后的最高温度是C点对应的温度t2，此值也高于温度计显示的最高温度。

在图3中，吸热用面积BOE表示，散热用面积COF表示，当两面积相等时，说明实验过程中，对环境的吸热与放热相消。否则，实验将受环境影响。实验中，力求两面积相等。

此外，要注意温度计本身的系统误差。高温度计在冰点时读数为?0，温度计刻度值1℃对应的真实值为a，则温度计读数为t?时，其真实温度 t?(t???0)a (5) 每支温度计的?0和a值都标在仪器卡片上。

四 实 验 内 容

1、将蒸汽锅中加入半锅水，并和加热器连接好之后就开始加热。

2、用物理天平称衡被测金属块的质量m，然后将其吊在加热器当中的筒中加热，筒中插入的温度计要靠近待测物。

3、按式3或4支确定量热器的热容q。

4、用烧杯盛低于室温的冷水，称得其质量为m01，将冷水倒入量热器(约为其容积的杯的质量为m02，则量热器中水的质量m0?m01?m02。

开始测水温并记时间，每30s测一次，接连测下去。

5、当加热器中温度计指示值稳定不变后，再过几分钟测出其温度t2，就可将被测物体投放入量热器中。投放时，将量热器置于加热器的下面，打开量热器上部的投入口和加热器下侧的活门，敏捷地将物体放(不是投)入量热器中。

记下物体放入量热器的时间和温度。

进行搅拌并观察温度计示值，每30s测一次，继续5分钟。

2)后再称得烧36、按图3绘制t??图，求出混合前的初温t1和混合温度?。

7、将上述各测定值代入式(2)求出被测物的比热容及其标准偏差。比热容的单位为J?kg?1??C?1。 水的比热容c0为4.187?103J?kg?1??C?1。量热器(包括搅拌器)是铜制的，其比热容c1为

0.385?103J?kg?1??C?1。

五 注 意 事 项

1、量热器中温度计位置要适中，不要使它靠近放入的高温物体，因为未混合好的局部温度可能很高。 2、t1的数值不宜于比室温低的过多(控制在2~3℃左右即可)，因为温度过低可能使量热器附近的温度降到露点，致使量热器外侧出现凝结水，而在温度升高后这凝结水蒸发时将散失较多的热量。 3、搅拦时不要过快，以防止有水溅出。

回答问题：如果用混合法测液体的比热，说明实验应如何安排。

附记：温度计插入水中部分的热容可如下求出。已知水银的密度为13.6g?cm?3，比热容为

0.139J?kg?1??C?1，其1cm3的热容为1.89J?kg?1??C?1。而制造温度计的耶那玻璃的密度为

2.58g?cm?3，比热容为1.89J?kg?1??C?1，其1cm3的热容为2.14J?kg?1??C?1，它和水银的很相近，

因为温度计插入水中部分的体积不大，其热容在测量中占次要地位，因此可认为它们1cm的热容是相同的。高温度计插入水中部分的体积为V(cm)，则该部分的热容可取为1.9V(J.℃)。V可用盛水的小量筒

-1

33去测量。

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