热学实验固体密度的测定冰的溶解热的测定.ppt

热 学 实 验,固体密度的测定 冰的熔解热的测定,实验8 冰的熔解热的测定 摘要 本实验主要练习：用混合法测量冰的熔解热。 实验目的、要求 1、学习温度与热量的计量方法； 2、学会用混合法测量冰的熔解热； 3、学习一种修正散热的粗略方法。,实验原理,单位质量的某种物质（如晶体），在熔点从固态完全熔解成同温度的液态时，所需要的热量，叫做这种物质的熔解热。,1、混合量热法,在热力学中，把要研究的对象称为热力学系统，简称系统。系统以外能够影响系统的所有物体称为系统的外界或环境。与环境之间既没有能量交换又没有物质交换的系统称为孤立系统。显然，在一个孤立系统中，某一部分放出的热量就会被其余部分完全吸收。热量是能量传递的一种形式。某一物体吸收或放出的热量Q可以用物体的热容量C和温度的改变量T求得,下面介绍用混合量热法来测定冰的熔解热。在一个大气压下，冰的熔点是00C。设有M克00C的冰(实验中，可近似认为冰的熔点是00C)和m克T10C的水混合。冰全部熔解为水后的平衡温度为T20C 。设量热器内筒和搅拌器的质量分别为m1和m2，比热容分别为C1和C2。温度计的热容量为C3。取水和冰的比热容为C0。如果实验系统是孤立系统，与外界无热交换，则有关系式,由此可得，冰的熔解热的计算公式为,注： （1）冰和水的比热容可取作1卡克度。 （2）水银的比热容是0.033卡克.度，密度是13.6克厘米3，所以单位体积(1厘米3)水银的热容量是0.45卡度。,2、散热修正法 混合量热法的弊端是，完全绝热的要求是无法达到的。下面在介绍一种根据牛顿冷却定律进行散热修正的粗略方法。,牛顿冷却定律的表达式为,式中、分别为系统(即量热器内筒)和环境(即实验室)的温度。,由于散热常数k取负值，所以，当T0时，dq/dt0系统从环境吸热。在实验过程中，环境温度基本不变，则通过适当选取系统初温T1 和终温T2 ，可设法使整个实验过程中系统与环境的热交换前后彼此抵消。,从本实验实际情形分析，初投入冰时，水温高，冰的有效表面积大，熔解快，系统温度(内筒中水温)下降快，后来，冰块渐小，水温渐低，熔解放慢，水温下降也变慢。所以，熔解全过程中内筒水温随时间变化曲线如下图所示。,内筒水温随时间的变化曲线,由3.29式有,系统从T1变为这段时间(从t1至t)内系统向外界散失的热量q散为,由于 T 所以 q散0,同样系统T2从变为 这段时间(从t至t2)内系统从环境吸热q吸为,由于 T0,从上图中可知，q散与q吸量值大小与面积及成正比。于是，如果S散= q吸，则系统散热与吸热前后抵消。而要使， S散= q吸,关键在选择适当的T1和T2。对温差不大的情况，一般常选择T1 - 2( - T2)。,实验知识要点,一、量热器简介：,A量热器外筒 B量热器内筒 C绝缘垫圈 D绝缘盖 F电阻加热器 G搅拌器 H温度计 L接线柱,量热器如下图所示，一个瓷质圆筒叫外筒，一个较小的铝质(或铜质)圆筒叫内筒。电木圆环放在外筒颈部用来支承内筒。电木盖子盖在外筒的筒口，盖子的中央开有一个较大的圆孔，附有一个软木塞，用来插入温度计。这个圆孔两侧有两个较小的圆孔，可装附有电热丝(约2)的金属棒。盖上另有一小孔，搅拌器的柄从此孔伸出。,使用时先把内筒放在圆环上，然后放入外筒里，注意不要歪斜，以免内外筒相碰，这样内外筒之间形成一个导热较差的空气层。用量热器测定物质比热时，先称出内筒质量，盛水再称，求出水的质量。把内筒放入量热器外筒。用温度计测出水的初温，从沸水壶里取出待测比热的金属块迅速投入内筒，轻轻搅拌，量出最高温度(即混合后共同温度)。取出金属块，擦干后称出质量。根据热平衡方程计算即可得金属块比热。,A量热器外筒 B量热器内筒 C绝缘垫圈 D绝缘盖 F电阻加热器 G搅拌器 H温度计 L接线柱,注意: 在实验时，内筒少盛一些水，当物体投入后其温度升高比较显著，可以明显减少误差。但水量过少，不能淹没待测物质也会影响实验效果。,二、牛顿冷却定律 如果物体的温度T高于周围的环境温度 ，那么物体将向周围散发热量并降低自身的温度，直到物体的温度与周围环境的温度相同。这时，二者达到了热平衡。 经验表明，在物体(即热学系统)处于自然冷却的情况下，散热的快慢与温度差T-成正比，并且与物体的热容量C和物体的表面积大小及特性有关。 牛顿冷却定律表达了上述的规律,即,其中，k称为散热系数，k0。在T- 不大时，k为常数。,实验器材 量热器、物理天平、水银温度计（或数字式温度计）、量筒、玻璃器皿、停表、冰、擦干布等。,实验内容和步骤 1、擦干量热器的内筒和搅拌器，分别称出其质量m1和m2，如果内筒和搅拌器都是铝或铜制的，这时它们的质量和为m1 + m2 。查出它们的比热容c1和c2,记录入表1。 2、记录实验室温度 。取比室温略高150C的纯净的水注入量热器内筒，使水约占内筒容积23。称出水与内筒、搅拌器的总质量m+ m1 + m2 ，记入表2。,3、将内筒放在外筒中的绝热架上，加盖，插好搅拌器和温度计。开始搅拌内筒里的水，注意温度计读数。 4、取一块杂质、气孔和裂缝少的，大小适中的冰用布仔细擦干。小心，快速将冰投入内筒，同时记下水的初温 (应选初温比室温高10一15 0C)及初时t1，记入表3。,5、从初温对应的初时t1，到系统终温T2对应的终时t2(测得的最低温度应是系统终温，再往后，系统将从外界吸热以致温度回升)，每隔20s记录一次系统的温度，记入表4。 6、取出温度计，用量筒测出浸入水中的体积V。称出熔解后冰、水、内筒和搅拌器的总质量M+m+m1+m2，记入表5。 7、用公式(1)计算冰熔解热L。对结果进行分析，考虑一下各个参量(主要指水的质量m、冰的质量M、初温T1和终温T2)的大小选择得是否合适，步骤操作有没有问题，制定改进的方案。,8、按改进方案重做一次实验。 9、实验报告用改进方案得到的原始数据。 (1)计算冰的熔解热L公式(3.28)