金属比热容的测定.doc

实验十 金属比热容的测定比热容是物质物理性质的重要参量，在研究物质结构、确定相变、鉴定物质纯度等方面起着重要作用。测定物质的比热容可归结为，测量一定质量的该物质降低一定温度后所放出的热量。测量热量通常使用的仪器有：利用水的温度升高来测量热量的水量热器和利用冰的溶解来测热量的冰量热器。一般来说，它们比较适用于测定固体物质(如金属)的比热容。 比热容的精确测量需要很高的实验技巧，一方面由于要避免(和补偿)样品与环境之间的热传递是困难的；另外，这样的测量又极为重要。比热容随温度的变化，是了解物质分子能量最直接的途径，特别是低温物质，在现代物理学中是非常引人关注的。【目的】1.掌握基本的量热的方法混合法。2.测定金属的比热容。3.学习散热修正的一种方法修正温度。【原理】温度不同的物体混合之后，热量从高温物体传给低温物体，若与外界无热量交换，最后将达到一均匀稳定的平衡温度。将质量为m、温度为T 、比热容为c的金属块，投入量热器内筒中(设其与搅拌器的热容为C )，量热器内筒中水的质量为m，其比热容为c，初温度为T ，与金属块混合后的温度为T，温度计插入水中部分的热容设为C，根据热平衡原理，可列出mc（TT）（mcCC）（TT） (3-1)由此可得金属块的比热容 (3-2)量热器和搅拌器多由相同物质制成，查表可求得其比热容c，并计算出Cmc，m是量热器内筒和搅拌器的总质量。而C1.9VJ，V是温度计插入水中的体积，单位是cm；1.9V是浸入到水中的温度计的热容。只要测m、m、T、T、T的值，就可由式(3-2)求得待测金属块的比热容c值。图3-1 温度-时间曲线在上述混合过程中，系统实际上总要与外界交换热量，这就破坏了式(3-1)的成立条件。为消除其影响，需采用散热修正。本实验中热量散失的途径主要有3个方面。第一，若用预先加热金属块投入量热器的混合方法，则投入前有热量散失，且这部分热量不易修正，只能尽量缩短投放时间来解决。第二，将室温的金属块投入盛有温水的量热器中，混合过程中量热器向外散失热量，由此造成混合前水的初温与混合后水的终温不易测准。为此，绘制水的温度-时间曲线，根据牛顿冷却定律来修正温度。方法如下:若在实验中做出水的温度-时间曲线，如图3-1中的ABGCD所示，AB段表示混合前量热器及水的冷却过程；BC段表示混合过程；CD段表示混合后的冷却过程。通过G点做与时间轴垂直的一条直线，分别与AB、CD的延长线交于E和F点,使面积BEG与面积CFG相等，这样，E和F点对应的温度就是热交换进行得无限快的温度，即没有热量散失时混合前后的初温和终温。第三，量热器表面若存在水滴附着，会使其蒸发而散失较多热量，这可在实验前用干布擦净量热器来避免。【仪器】量热器，温度计(0 50 ，准确到0.1 )，待测金属块，细线，物理天平，秒表，游标卡尺。【实验内容与步骤】待测金属块与水混合可有多种方法，本实验可采用将室温的金属块投入盛有温水的量热器中混合的方法。其散热修正采用以上论述修正温度的方法。 浸入到水中的温度计的热容计算如下：m汞c汞m玻c玻汞V汞c汞玻V玻c玻C1.87V汞1.9V玻1.9(V汞+V玻)1.9V（J）(V汞 V玻)。1.测出室温T，称量待测金属块的质量m。2.擦净量热器内筒，称量它和搅拌器的质量m，然后倒入高出室温2030的水，迅速将绝热盖盖好，插入温度计和搅拌器，不断搅动搅拌器，并打开秒表，每隔60 s读出温度数，在混合前可测68次。3.系有细线的金属块迅速投入量热器内，使其悬没在水中，盖好盖子，继续搅动搅拌器，开始每隔2030 s记录1次温度，2 min后可隔1 min记录1次，共记录810次。4.出量热器的内筒，称其总质量并减去（mm），即为水的质量m。5.游标卡尺测出所用温度计的直径和没入水中的长度，计算体积V。6.另换温水，重复上述实验1次。 【数据处理】1.将实验中测出的各量值填入表3-1。表3-1 金属比热容测定数据表M/kgm/kgM/kgC/（Jkg）V/cm4.187混合前 混合后前8 min 2 min后8min次 t/ 次 t/ 次 t/ 次 t/ 次 t/ 次 t/ 1515152626263737374848482.绘制温度-时间曲线(一定要在坐标纸上绘制)，进行散热修正，确定T、T值。3.将各测量值代入式(3-2)求得c值，并根据重复实验情况取其平均值。4.从附表7中查出所用金属块的比热容作为标准值，按表示误差。【注意事项】1.本实验的实验误差主要来自温度测量，因此在测量时要特别细心，读数迅速且要准确(准确到0.1 )。2.倒入量热器内筒的温水不要太少，必须使投入的金属块悬没其中。【思考题】1.混合法的理论依据是什么?2.分析本实验中有哪些因素会引起系统误差?测量时