实验十五 测定冰的熔解热.doc

实验十三 测定冰的熔解热实验十三 测定冰的熔解热一、目的 1.了解热学实验中的两个基本量-量热和计温； 2.学习一种粗略修正散热的方法； 3.学习实验参量的选择。二、仪器与用具 量热器、电子天平、冰溶解热测量仪、冰块及干擦布等。三、原理 一定压强下，晶体在某一温度下开始熔解，在熔解过程中温度保持不变，称该温度为此压强下的熔点。一克质量的某种晶体熔解成为同一温度的液体所吸收的热量，叫做该晶体的熔解热。 本实验用混合量热法来测定冰的溶解热。基本做法是：把待测系统A和已知热容量的系统B混合，并设法使其整体形成一个与外界无热交换的孤立系统C(C=A+B)，这样，A(或B)系统放出的热量，全部为B(或A)系统所吸收。因为已知热容量的系统B在实验过程中所传递的热量Q，是可以由其温度的改变T和热容量CB计算出来的，即CBT，因此，待测系统在实验过程中所传递的热量也就可求出。 由此可见，保持系统为孤立系统，是混合量热法所要求的基本实验条件。为了使实验系统(待测系统与已知其热容的系统二者合在一起)成为一个孤立系统，我们采用量热器。 量热器的种类很多，我们在本实验采用的量热器是最简单的一种，如图一所示，它由良导体做成的内筒放在较大的外筒中组成。其内筒连同放在内筒的搅拌器、温度计及水作为上述讲到的已知热容量的系统B，待测系统A就是本实验中所用的冰块。内筒、温度传感器、水以及冰就构成了我们所考虑的实验系统。内筒、温度传感器和水的热容量是可以计算出来的，因此根据前述的混合法就可以进行量热实验了。 量热器的内外筒之间用绝热性能很好的塑料隔开，以减少内外筒之间的热传图一 量热器导。外筒用绝热盖盖住，盖上开一个小孔，可放入温度传感器，以减少对流。通常内筒外壁及外筒内外壁做得比较光亮，以减少热辐射。这样量热器把内筒与外界的传递热量的三种途径(传导、对流和辐射)较好地阻塞，使得实验系统粗略地接近一个孤立系统。四、原理 设有m克T1的水与M克T3的冰(设冰的熔点为T)混合，冰全部熔解为水后的平衡温度为T2。设量热器的内筒的质量分别为m1，比热容为C1，温度传感器的吸热忽略不计，水的比热容C0，已知冰的比热容(-400)为0.43卡/克度，L表示冰的熔解热。如果实验系统为孤立系统，将冰投入盛有T1水的量热器中，则有：0.43M(T-T3)+ML+Mc0(T2-T)=( mc0+m1c1 )(T1-T2)(1)在实验室的条件下,冰的温度可认为是0,即T3=0;冰的熔点也可以认为是0，即T=0，所以，T3=T=0。水的比热容C0=1.00卡/克度。从(1)式得出冰的熔解热L为：(2)上述公式要求系统与外界严格绝热，但实际上是难以达到的，本实验根据牛顿冷却定律粗略进行散热修正。一个系统的温度如果高于环境温度，它就要散失热量。实验证明，当系统温度与环境温度T0的温度差相当小时(约为不超过1015)，散热速度与温度差成正比，此即牛顿冷却定律。用数学形式表示可写为：(3) 这里是系统散失的热量；是时间间隔；k为散热常数，与系统表面积成正比并随表面的吸收或发射辐射热的本领而变；T、T0分别是我们所考虑的系统及环境的温度；/称为散热速率，表示单位时间内系统散失的热量。 在本实验中，我们介绍一种根据牛顿冷却定律粗略修正散热的方法。从(3)式中可知，当TT0时，,系统向外散热；当TT0，系统的终温T20，系统散热；后一项 T-T00，系统吸热。 图二中面积,面积。 由此可见,面积SA与系统向外界散热的热量成正比，即q散 = KSA；面积SB与系统由外界吸收的热量成正比，即q吸= KSB。因此，只要使SA = SB，系统对外界的吸热和散热就可以互相抵消。 本实验应选T1比室温高1015，冰块量选择适当，使T2比室温低4左右即可。五、实验步骤1. 将量热器内筒擦干，用电子天平称出其质量。2.从冰箱中取出适量的冰，放入保温杯中待用。3记录实验室温度T0。4.按下仪器电源开关，预热数分钟将温度探头插入仪器温度插孔。取比室温T0高10-15左右(视室温和称量的快慢而定)的热水注入量热器内筒(热水约占内筒容积的2/3)，称量水与内筒的总质量，再将内筒放入外筒中。5装好量热筒器后，左手握住量热筒轻轻摇动，按下键，仪器自动记录水温，每15秒记一次，一共计90秒。6.听到仪器鸣响，仪器自动记录投冰前温度。此时，可将先准备好的小冰块用洁净布擦干，投入量热筒，记下投水时间。冰和水的比例以1：3为宜。此时应断续摇动量热筒，仪器自动按每15秒一次的温度记下温度值，到达系统终温后即可按键中止实验。7.按键,数秒钟停顿后最右边数码管显示出“0”温度最长记录时间为24分钟98个温度数据。再按键配合()()键可调出不同时间对应的温度值。注意：要使温度传感器的读数确实代表所要测量的系统的温度，在整个实验过程中，要不断地轻轻地摇动量热器。8检查水的终温T是否合乎要求，考察S与S是否大致相等，如相差太多，则分析记录的测量数据，决定增加还是减少初温或冰块的数量，并按改进后的方案重做实验。9.称量溶解的冰、水、内筒的总质量。 六、要求 1.自己设计实验数据表格，把实验的原始数据填入表格中。 2.在座标纸上绘出冰水冷却曲线，判断实验结果是否满足散热修正的需要。 3.计算冰的熔解热，与公认值比较，计算相对误差。七、思考题 1.从冰箱取出的冰一般不宜立即放入水中做实验，必须放一段时间。为什么？2. 选择冰块一般要求冰里不要有杂质和过多气泡。为什么？3. 为何要记录冰的投水时间？4. 如何判断系统的终温T2？注意事项1 在检查测温度结果时，如仪器出现E1表示温度数据的采集数据已到此为止。2 测温过程中，量热筒应旋紧，防止水溢出，水不应装得太满。3