固体比热容测量 姓名 朱业俊 学号 PB07013077

固体比热容测量

试验名称: 固体比热容的测量

试验目的:比热容是单位质量的物质升高（或降低）单位温度所吸收（或

放出）的热量。交换是难免的。因此要努力创造一个热力学孤立体系，同时对实验过程中的其他吸热、散热做出校正，尽量使二者相抵消，以提高实验的精度。

实验原理 1混合法测比热容

设一个热力学孤立体系中有n种物质，其质量分别为mi，比热容为ci（i=1,2,…,n）。开始时体系处于平衡态，温度为CT1，与外界发生热量交换后又达到新的平衡态，温度为T2。若体系中无化学反应或相变发生，则该体系获得（或放出）的热量为

Q (m1c1 m2c2 ... mncn)(T2 T1) （1）

假设量热器和搅拌器的质量为m1，比热容为c1，开始时量热器与其内质量为m的水具有共同温度T1，把质量为mx的待测物加热到T’后放入量热器内，最后这一系统达到热平衡，终温为T2。如果忽略实验过程中对外界的散热或吸热，则有

mxcx(T' T2) (mc m1c1 2.0VJ K 1 cm 3)(T2 T1) （2） 式中c为水的比热容。2.0VJ K 1 cm 3代表温度计的热容量，其中V是温度计浸入到水中的体积。

2.系统误差的修正

（1） 要尽量减少与外界的热量交换，使系统近似孤立体系。

（2） 采取补偿措施，就是在被测物体放入量热器之前，先使量热器与水的初始

温度低于室温，但避免在量热器外生成凝结水滴。先估算，使初始温度与室温的温差与混合后末温高出室温的温度大体相等。这样混和前量热器从外界吸热与混合后向外界放热大体相等，极大地降低了系统误差。

固体比热容测量

（3） 缩短操作时间，将被测物体从沸水中取出，然后倒入量热器筒中并盖好的

整个过程，动作要快而不乱，减少热量的损失。

（4） 严防有水附着在量热筒外面，以免水蒸发时带走过多的热量。 （5） 沸点的校正。

（6） 在采取以上措施后，散热的影响仍难以完全避免。通过实验的方法进行修

正：在被测物体放入量热器前4~5min就开始测读量热器中水的温度，每隔1min读一次。当被测物体放入后，温度迅速上升，此时应每隔0.5min测读一次。直道升温停止后，温度由最高温度均匀下降时，恢复每分钟记一次温度，直到第15min截止。由实验数据作出温度和时间的关系T-t曲线（图5.3.3-1）。

为了推出式（2）中的初温T1和末温T2，在图5.3.3-1中，对应于室温T室曲线上之G点作一垂直于横轴的直线。然后将曲线上升部分AB及下降部分CD延长，与此垂线分别相交于E点和F点，这两个交点的温度坐标可看成是理想情况下的T1和T2，即相当于热交换无限快时水的初温与末温。 实验内容

实验内容是测量锌粒的比热容.

称出质量为mx的锌粒，放入试管中隔水加热（注意：水不能溅入）。在沸水中至少15min，才可以认为锌粒与水同温。水沸腾后测出大气压强p。 1．

在锌粒加热的同时，称出量热器内筒及搅拌器质量m1，然后倒入适量的水，并加入冰屑使水温降低到室温下3~4℃（注意：不能使筒外表有水凝结），利用公式（2）估算出锌粒的质量mx后，称出质量m1+m。

固体比热容测量

2． 在倒入锌粒前，一面用棒轻轻搅动，一面每隔一分钟测一次水温（注意：一定要待冰屑全部融化后才能开始测温），计时5分钟后将热好的锌粒迅速而准确地倒入量热器内（注意：不能使量热器中水溅出，又切勿碰到温度计），立即将盖盖好并继续搅拌（注意：搅拌不能太使劲），同时，每隔半分钟测一次水温。至水温均匀下降，每隔一分钟测一次水温，连续10min左右为止。

3． 温度计浸没在水下的体积可用一个小量筒测得，先将水注入小量筒中，记下其体积V1，然后将温度计插入水中，使温度计插入水中的体积与在量热筒中没入水中的体积相同（以从量热筒中取出温度计上水印为准），读出液面升高后的体积V2，则温度计插入量热筒水中的体积

V V2 V1

（注意：实验中温度计中的水银泡一定要没入水中，但又不能碰到锌粒） 4． 5． 6．

查表5.3.3-1得到实验气压条件下水的沸点T’，即作为锌粒加热后的温度。 作温度-时间曲线，求出T1和T2。

根据式（2）求出锌的比热cx，并和锌的标准比热0.386J/(g K)比较，求出相对误差。

固体比热容测量

估测:

目的:对于已知质量的锌粒, 确定选择进行试验的水质量

1干燥的量热筒的质量

m量热筒=132.7g

m量热筒+m搅拌器=153.4g 推出m搅拌器=20.7g(由

2 放入搅拌器后的质量和

于量热筒,搅拌器材料相同,所以不用分开测量质量)

T 30.2C

3初测室温室温

T 26.2C 14设计

T2 34. 2C mx 250g

T' 100 C

J/gk.c不锈钢 0.46J/g k. c水 4.2

c锌=0.386J/g.k

由

mxcx(T' T2) (m量热筒c不锈钢 m水c水 m搅拌器c搅拌器 2.0VJ K 1 cm 3)(T2 T1)

我们可以得到下式

m水

1 3

mxcx T' T2 / T2 T1 m mc 2.0VJ K cm 搅拌器不锈钢量热筒c水

代入数据得到

m水=

250g 0.386J/g.K 100 C-34.2 C /8 C- 153.4g 0.46J/g.K+2J.K-1.cm 3 1ml

4.2J/g.K

m水=171.7g

固体比热容测量

设计试验方案为

在室温为30.4℃时,选用质量为250g锌粒进行试验.先将锌粒加热到沸水温度,然后,投入已降至26.4℃的质量为171.7g的水中,测量温度变化,并记录.

正式测量

4试验温度

T室温=30.2C

5测量温度计没入水中的体积 小量同原有水体积V1=2.10ml

温度记没入体积与没入测量器中体积相同时,小量筒体积读数V2=3.00ml 温度记没入体积V V2 V1 0.90ml

固体比热容测量

5锌粒与沸水同温后的大气压强

P=750.20mmHg

'

查表可知,试验中大气压对应沸水温度约为T

99.63C

数据分析及作图

C

33

温度计读数

30

27

400

800

时间

图7-1

将数据输入ORIGIN,做出温度-时间图像.如图7-1

为了推出初温T1,和末温T2,对应于室温T室温曲线上之G点作一垂直于横轴的

直线。然后将曲线上升部分AB及下降部分CD延长，与此垂线分别相交于E点和F点，这两个交点的温度坐标可看成是理想情况下的T1和T2，即相当于热交换无限快时水的初温与末温。

选择screen reader功能,读出T1=26.21C , T2 34.09C .

固体比热容测量

计算:

mxcx(T' T2) (m量热筒c不锈钢 m水c水 m搅拌器c搅拌器 2.0VJ K 1 cm 3)(T2 T1)

1 3

m mc mc 2.0VJ K cm(T2 T1) 量热筒搅拌器不锈钢水水cx

mx(T' T2)

代入数据知

m量热筒+m搅拌器=153.4g m水=171.7g

c水 4.2J/g.k c不锈钢 0.46J/g.k

V 0.90ml

'

T 99.63C

得到

C9. T1=26.21, C T2 34.0

-1

cx

153.4g 0.46J/g.K 171.7g 4.2J/g.K 2.0J.K

.cm 3 0.9ml (34.09 C 26.21 C)

250g (99.63 C 34.09 C)

cx 0.382kJ/kg.K

相对误差:

c标准 cxc标准

0.386kJ/kg.K 0.382kJ/kg.K 1.04%

0.386kJ/kg.K

试验结果

本试验测得锌粒的比热容为

cx 0.38k2J

k/g,相K对误差为

c标准 cxc标准

1.04%

.

固体比热容测量

思考题

为使系统从外界吸热与向外界放热大体相抵，你采取了哪些措施？结果怎样？

答:采取的措施有:1首先根据试验室情况,估测数据;2根据促测数据,设计初始温度,和预计最终温度;再根据上述数据,用公式

1

mxcx T' T2 / T2 T1 m mc 2.0VJ K cm 量热筒搅拌器不锈钢m水

c水

算出应加入的水的质量.这样能使初始温度和最终温度与室温的差值大体相等,从而达到使系统从外界吸热与向外界放热大体相抵的效果.

结果分析:由试验数据图7-1可知

C

33

温度计读数

30

27

400

800

时间

S BEG S GCF

11

BE EG (156.4 120) 30.2 26.15 73.71 2211

FC FG (220 156.4) 34.09 30.20 123.7 22

可见S GCF S GCF

固体比热容测量

系统对外界放热量大于吸热量.所以可以推知,由于试验中某些的不规范操作,导致了这种与预期不符合的现象.

试验改进意见

试验前,试验后均测量记录压强,室温各一次,将两次结果取平均值,作为试验环境的压强和室温,以此来进行试验计算和试验结果评估.

在将量热筒放入量热器之前,等待自来水到达设定温度时,应把温度计插在固定位置,达到一定的阻绝遇外界热交换的效果.应用另外一支温度计来测量水的温度.

试验体会

在将与沸水同温的锌粒倒入量热器中时,一定要用搅拌器进行轻微搅拌.否则就会出现水温加热不均,温度计读数会大大超过设定值.如此试验中试验者在初次测量时,未作以上步骤,导致,温度计读数达到38℃,作图,这样找点,计算均不准确,误差会很大.

姓名 朱业俊 学号PB07013077

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