固体比热容的测量

1、固体比热容的测量一、实验目的1、 掌握基本的量热方法一一混合法；2、测定金属的比热容；3、学习一种修正散热的方法。二、实验仪器量热器、温度计（0、00-50、00 0C与0、0-100、0 0C各一支）、物理天平、待测金属粒、冰、停表、加热器、量筒等。三、实验原理1、混合法测比热容依据热平衡原理，温度不同的物体混合后，热量将由高温物体传给低温物体 ，如果在混合 过程中与外界无热量交换，最后达到均匀稳定的平衡温度。根据能量守恒定律,高温物体放出的热量就应等于低温物体吸收的热量，即：本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体的比热。设量热器（包括搅拌器与温度计插入水中部分）的热容为 C,实验时，量热器

2、内先盛以质量为m0,温度为右的冷水，之后，把加热到温度为t2质量为m的待测金属块投入量热器中，经过热交换后，水量热器与金属块达到共同的末温，依热平衡方程有mc(t2) (m0C0C)( ti)(mC0 C)(tjm(t2)量热器的热容C可以根据其质量与比热容算出。设量热器筒与搅拌器由相同的物质制成，其质量为mi，比热容为s，则CC（3）C J0C 1 1.9V cm3式中V为温度计插入水中部分的体积。C J0C 1表示C以JC-1为单位时的数值，而V cm3表示V以cm3为单位时的数值。2、系统误差的修正上述讨论就是在假定量热器与外界没有热交换时的结论。 实际上只要有温度差异就必然 会有热交换

3、存在 ，因此实验结果总就是存在系统误差 ，有时甚至很大 ，以至无法得到正确结果。 所以 ，校正系统误差就是量热学实验中很突出的问题。为此可采取如下措施:1）要尽量减少与外界的热量交换 ， 使系统近似孤立体系。 此外 ， 量热器不要放在电炉旁与 太阳光下 ， 实验也不要在空气流通太快的地方进行。2）采取补偿措施 ，就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 ， 但避免在两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。这样混合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。3）缩短操作时间 ， 将被测物体从

4、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。在实验中 ， 我们就是取水的沸点为被测物体加热后的温度 ， 但压强不同 ， 水的沸点也有所不同。为此需用大气压强计测出当时的气压 ， 再由气压与沸点的关系通过查 表查出沸点的温度。采取以上措施后 ， 散热的影响仍难以完全避免。 被测物体放入量热器后 ， 水温达到最高温 度前，整个系统还会向外散热。所以理论上的末温就是无法得到的。这就需要通过实验的方 法进行修正：在被测物体放入量热器前 4-5min就开始测度量热器中水的温度 ，每

5、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。直到升温停止后 ， 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 与时间的关系T t曲线，如图1所示。图1温度与时间的关系曲线为了推出公式（2）中水的初温度与末温 ，在图1中，对应于室温在曲线上之 0点作一 垂直与横轴的直线。然后将曲线上升部分AE及下降部分FD延长，与此垂线分别相交于 B点与C点,这两个交点的温度坐标可瞧成就是理想情况下的Ti与T2,即相当于热交换无限快时水的初温t1与末温 。四、实验内容与步骤1、 称出质量为 m的金属粒

6、，放入加热器中隔水加热。在沸水中至少15min,才可认为金属粒与水同温。水沸腾后测出大气压强P。2、 在金属粒加热的同时，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 4 6（注意：不能使筒外表有水凝结）,称出总质量m0 m1,求出 水的质量m0。3、 在倒入金属粒前，一面用棒轻轻搅动，一面每隔一分钟测一次水温 ，计时5分钟后将加 热好的金属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，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。4、 用排水法将温度计浸没

7、于水下的体积在小量筒中测得。先将水注入小量筒中，记下其 体积y,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 水中的体积为：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）。5、查表得到实验气压条件下水的沸点T , 即作为金属粒加热后的温度 t2 。6、作温度-时间曲线，求出Ti与T2,即公式 中水的初温度ti与末温 。五、数据记录及处理自拟表格记录测量的有关数据。根据公式 （2） 求出金属粒的比热 c, 并与其标准比热比 较, 求出相对误差。六

8、、思考题 :1混合量热法的原理就是什么？它的基本实验条件就是什么？如何保证？2. 实验中质量称衡采用了精度较低的物理天平,为什么测量温度却采用了分度值为0.1 C的精密水银温度计？3. 为了提高量热精度 , 实验中采取了哪些措施？4. 试分析您在实验中对各参量 （如温度、水的质量等 ）的选取就是否得当 ?附记温度计插入水中部分的热容可如下求出：已知水银的密度为13.6g cm-3,比热容为、139J g-1 C1,其1cm3的热容为1、89 J - cm-3 C-1。而制造温度计的耶那玻璃的密度为2.58g cm-3,比热容为、83 J g1 C-1,其1cm3的热容为2、14J cm-3 C-1,它与水银的很相近， 因