测定金属比热容的一种新方法-动态法

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实验室研究与探索 L~ ORA, TORY RES ARCH E AND EXPL ORA ON TI

19 9 7年

第 6期

f一6 y测定金属比热容的一种新方法03 - t』 -

'师大物系 l7辱,南范学理 0丁}京 . 9摘要一金属样品在受到功率为 w的热源加热时 .温度丁与加热时问 t间其之

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辔—:, 0

呈负指数函数关系,由此关系可推导出该金属样品比热容的表达式.笔者捂此设计了适用于普通物理实验的测定金属比热容的新方法——动态法,并从实验绘出的动

态 Et -曲线求得金属样品的比热容,结果可靠 关键词比热容热源动态曲线詹一~ ' 玉』 叼

在普通物理热学实验中,定金属比热测容通常都用混合法,因散热损失和操作不但便等原因,量结果往往有较大的误差 .为测此我们在教学中尝试改用一种新的方法——动态法此法使用仪器简单,操作方便,实验

丁=

( 1一e f+ - )

() 4

这是固体温度丁随加热时间 t的变化规律, 是一负指数函数 .根据式 ( )绘出样品温 4可度丁随加热时间变化的动态曲线,图 1如 .

结果可靠,在原理中融人丁高等数学运算,并具有一定的特色 . l实验原理设质量为 t?被加热金属样品内吉有 l的一

热源,其输出功率为 w,则可分为用以

加热样品的功率 W .电样品表面散发到环和

境中去的功率 w两部分 .若样品表而各点温度相同,则有W= W【Ⅵ !+ J 1'

仟品温崖』隗口时 f热

1七明功忑凹袋

该曲线的渐近线是 (¨=

l T= i m W十,

() 5

W【=W, = (一丁n丁

() 2由式 ( ) ( ) 4,5可得() 3

式中系统的热容 0=

, C,为金属+ C

| n一 n一 (#每) 1]又因为=,+",以 f所

比热容,

为 )热棒热容,为样品表面 J l f A

积,为样品与空气问的对流换热系数 .为 丁样品温度,为环境温度,丁 f为加热时间设初始条件为丁l:=,据式 ( ) 0根 2,()程 ( ) 3方 1的解是:牲鹃『J 19一52 I 9 7l 7饲: l

c一=一

n_ ) (葛] 1( 6)

式 ( )为用动态法测定金属比热容的依据 6即显然,只要由实验测绘出图 l所示的动态曲

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郑新仪等:测定金属比热容的一种新方法

线,由此确定参数 (并即表示动态曲线的渐近线 )即可由式 ( )曲线上任一点计算, 6及出金属样品的比热容 C来 .

c一 I~/) ()=小 n E一 ( EJ 1() 9

式中 w可

从调压器输出的电压 u及加热棒的内阻 R求出,Ⅳ= u2 R;及 n可用即/ G

实验方法测得; E值可根据曲线走势,长延曲线而确定 . 在记录仪所测得的 E t动态曲线上取 -点,将其相应的 E,读出,人式 ( )即 t值代 9,可算出金属的比热容 C.

由于样品直径较小 ( 4祀 mm)且表面各,点距热源的距离可看作基本相等,故各点的温度也基本相同,品内外的温差也可忽略,样 于是本文中式 ( ) 9得以成立 . 6~( ) 下面是我们从黄铜(0 n作样品, 2%Z )在图 2实验装置示意图样品,热棒, 2 3防风罩 .电妈, gg倥, 4热 5 iT e 6谓压器 .

不同实验条件下所得的两组实验数据 (附表 ) 和曲线 ( 3 .圈 )

图中 l为圆柱形金属试样 .中间开一通孔放置加热棒 2金属试样上部开一细小深孔放,置热电偶 4 .加热棒的输出功率可由一台调

压器调节 .热电偶 4与一台自动平衡记录仪相连,以测定井记录热电偶的温差电势用 E.为防止环境气流扰动而影响动态曲线的测量,置防风罩 3其内径应设计得略太一设,些,"利对流散热 .罩的内表面应为粗髓的黑.

可尽量减少罩体本身对样品热量的反射 .'

3测量结果与讨论

若不考虑热电偶的非线性效应,则其温差电势可表示为: E="丁一 T. ( . )且

() 7 () 8

E," T, . = (一 )

式中"为热电偶的温度系数一

从 ( )( ) 7,8两式代人式 ( )得附表两组实验数据 6,

从实验结果看,标准值 (6 / g"与 3 8Jk~ )

相比,相对误差较小,令人满意的是

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