物理实验论文 混合法测金属的比热容

班级：学生编号：姓名：混合法测量金属比热容摘要：金属是由金属离子和大量自由电子组成的晶格。大量实验事实表明，金属的比热容只与金属离子的振动有关，自由电子对比热容没有贡献，自由电子的贡献只应在极低的温度下考虑。金属电子的经典理论无法解释这一点。在图中，实线是t=0时的分布曲线，虚线是低温时的分布曲线。当t=0时，所有电子占据的能级的能量都小于有效能，而能量大于有效能的能级是完全空的。在绝对零度时，所有电子的能量都在费米表面覆盖的区域内。当T0时，在任何温度下，只有费米能级附近的电子才能被热激发到更高的空能级。低能级的电子被激发到空能级需要很大的能量，这在常温下是不可能实现的(e远大于热运动能kT)，因此对比热容没有贡献。在极低的温度下，金属离子对比热容的贡献很小(见固体比热容)，因此不能忽略自由电子热激发产生的比热容。关键词：比热容、质量、量热计、搅拌器、混合、热交换、平衡温度、金属块。引言：比热容是物质物理性质的一个重要参数，在研究物质结构、确定相变和鉴定物质纯度方面起着重要作用。测量物质的比热容可以归因于测量一定质量的物质在降低一定温度后释放的热量。通常用来测量热量的仪器包括：通过提高水温来测量热量的水热量计和通过溶解冰来测量热量的冰热量计。一般来说，它们更适合测量固体物质(如金属)的比热容。比热容是单位质量物质在单位温度下吸收(或释放)的热量。比热容的测量对于研究物质宏观物理现象与微观结构之间的关系具有重要意义。本实验采用混合法测量固体(铜块)的比热容。在热实验中，系统与外界的热交换是不可避免的。因此，应努力创建一个热力学隔离系统，同时，应校正实验过程中的其他吸热和散热，以尽可能抵消两者，从而提高实验精度。一.实验原则不同温度的物体混合后，热量将从高温物体传递到低温物体。如果混合过程与外界没有热交换，最终将达到均匀稳定的平衡温度。在这个过程中，高温物体释放的热量等于低温物体吸收的热量，这叫做热平衡原理。本实验根据热平衡原理，用混合法测量固体的比热。将质量为m、温度为t2的金属块放入量热计的水中。假设热量计的热容量(包括搅拌器和温度计插入水中的部分)为C，其中水的质量为m0，比热容为c0，待测物体前的水温为t1。当待测物质放入水中后的混合温度为时，无论量热仪与外界的热交换如何，都存在以下关系那就是(1)量热仪的碳可以根据它的质量和比热容来计算。假设量热器桶和搅拌器由相同的材料(铜)制成，质量为m1，比热容为c1，插入水中的温度计体积为v，那么(2)温度计插入水中部分的热容量，但单位为立方厘米。量热计的热容量也可以用混合法测量。也就是说，首先向量热仪中加入温度为的水，然后将温水快速倒入量热仪中，搅拌后的混合温度为上述讨论是基于热量计与外界没有热交换的假设。事实上，只要温差存在，热交换就不可避免地存在。因此，必须考虑如何防止或纠正热损失的影响。有三种主要的散热方式：第一，被加热的物体在放入量热计水之前散发的热量。这部分热量不易校正，摆放时间应尽可能缩短。二是量热仪从外部吸收的热量，以及待测物体下落后，在混合过程中高于室温后散发到外部的热量。在本实验中，由于测量的是具有良好导热性的金属，因此从下落物体达到混合温度所需的时间较短，并且可以采用热量输入和输出相互抵消的方法来消除散热的影响。也就是说，热量计的初始温度被控制为低于环境温度，并且混合后的最终温度高于环境温度。第三，应注意量热仪外部没有水(可以用干布擦拭干净)，以免因水分蒸发而损失更多热量。由于混合过程中量热仪与环境之间的热交换，第一个是吸热，第二个是放热，因此温度计读取的初始温度和混合温度不同于没有热交换的初始温度和混合温度。因此，总和必须被纠正。如图所示，这可以用图形来完成。散热校正图实验中，在投掷物体前5-6分钟测量水温，每30秒钟记录一次物体的时间和温度，物体达到室温的时间记为垂直线MN，物体达到室温的时间记为水平线，两者在o点相交。然后在投掷物体前画吸热线AB， 混合过程中的温度上升线EF分别在E和F处与AB和CD相交。 由于量热计吸收热量，直到水温达到室温，混合过程的初始温度应对应于点B，该点高于投掷物质时记录的温度。类似地，当水温高于室温时，量热计向环境辐射热量，因此混合后的最高温度是对应于点C的温度，该温度也高于温度计指示的最高温度。在图中，吸热面积BOE和散热面积COF表明，当两个面积相等时，在实验过程中，对环境的吸热和放热相互抵消。否则，实验将受到环境的影响。在实验中，我们试图使两个区域相等。此外，还应注意温度计本身的系统误差。当高温度计读数在冰点时，对应于温度计刻度值1的真实值是a，当温度计读数在时，其真实温度(5)每个温度计的总和A值都标在仪表卡上。二。实验内容：调整电子天平，首先测量量热仪内筒和搅拌器的质量m1，并记录下来。1.将适量冷水(约为内筒体积的2/3)放入量热计的内筒，称出其质量m1，然后水的支撑质量等于M0=M1-M1，并记录下来。2.将质量为M(100g以上)的量热仪放入量热仪的内筒，放入盛有热水的烧杯中，然后将温度计插入烧杯中(温度计不应在物体旁边测量)，在合适的时间开始测量冷水的温度，每隔1分钟测量一次，然后连续测量。记录时间和温度。3.当烧杯中温度计的指示值稳定不变时，可在几分钟内测量温度t2，并将被测物体放入量热计中。放入时，将量热仪放在烧杯下，打开量热仪的上部，将金属块快速放入(未放入)烧杯下的量热仪中，打开量热仪，进行搅拌，量热仪的指示值使用温度计1(精度min=1)测量金属块放入前的温度t2，并使用秒表记录此时的时间T0T2=42.0摄氏度T0=8分30秒体积v=v2-v1用一个小量筒(精度min=0.5ml)温度计浸入水中V1=7.00毫升V2=7.70毫升然后： v=v2-v1=7.70毫升使用温度计2(精度min=0.1)，测量混合前冷水的温度和混合后系统的温度扔东西之前时间t/分钟12345678温度/13.6014.0314.3014.6814.9615.3215.7216.02扔东西后时间t/分钟910111213141516温度/22.5022.2022.0221.9421.6521.3721.2121.14结合上表中的实验数据，绘制实验中的散热修正图(如下):在该图中，吸热面积BOE和散热面积COF表明这两个区域具有相同的误差范围，这表明在实验过程中吸热和向环境的放热相互抵消。然后温度和可以在图中读出：=16.40=22.56图中T轴的最小分割值(min=0.2)3.金属比热的计算：热量计(包括搅拌器)的比热容C1为0.385103，实验数据为：m1=166.4g克，m=350.4g克，m0=99.7g克，t2=42.0C克，=16.40，c0=4.1871035.在环境温度t0=19.5的条件下，被测金属的比热容为c=()6.实验讨论：A.(1)建立在系统与外界绝缘的条件下，这在实验中是不可能的。除非系统和环境温度始终完全相同，否则不可能完全满足隔热要求。为了尽可能减少系统与外界的热交换并减少这种误差，除了使用热量计外，在实际操作过程中必须注意以下几点：B.最小化系统和外界之间的温差。C.尽可能快地完成实验过程。d .在实验中，由于温度计很容易折断，因此在打开和关闭绝缘盖之前，温度计应正确放置。f .在实验过程中，将待测样品快速放入量热计中，搅拌时不要溅出水。E.擦拭量热仪的圆筒壁，以减少实验过程中的实验误差。G.热量计不应放置在