物理化学实验报告：恒温水浴的组装及其性能测试

1、恒温水浴的组装及其性能测试一.实验目的：1.了解恒温水浴的构造及其工作原理，学会恒温水浴的装配技术。2.测绘恒温水浴的灵敏度曲线。3.掌握贝克曼温度计的调节技术和正确使用方法。二.实验原理：许多物理化学数据的测定，必须在恒温度下进行。欲控制被研究体系的某一温度，通常采用取两种方法：一是利用物质的相变点温度来实现；另一种是利用电子调节系统，对加热器或制冷器的工作状态进行自动调节，使被控对象处于设定温度下，本试验的恒温水浴就是一种常用控温装置，它通过电子继电器对加热器自动调节，来实现恒温目的。当恒温浴因热量向外扩散等原因使体系温度低于设定值时，继电器迫使加热器工作，到体系再次达到设定温度时，又自动

2、停止加热。这样周而复始，就可以使体系温度在一定范围内保持稳定。普通恒温水浴的结构是由浴槽、温度计、搅拌器、加热器、接触温度计（或称导电表）和继电器等部分组成。其装置如下图1.1：恒温水浴工作原理的简述：1、浴槽：浴槽包括容器和液体介质。如果要求设定的温度与室温相差不大，通常可用20dm3的圆形玻璃钢做容器，若设定的温度较高（或较低），则应对整个槽体保温，以减小热量传递速度，提高恒温精度。恒温水浴以蒸馏水为工作介质。如对装置稍作改动并选用其他合适液体为工作介质，则上述恒温可在较大范围内使用。2、温度计：观察恒温浴的温度可选用分度值为0.1摄氏度的水银温度计，而测量恒温浴的灵敏度事应采用贝克曼温度

3、计。温度计的安装位置应尽量靠近系统。所用的水银温度计读数都应加以校正。3、搅拌器：搅拌器以小型电动机带动，其功率可选40W，用变速器或变压器来调节搅拌速度。搅拌器一般应安装在加热器附近，使热量迅速传递，以使槽内各部位温度均匀。4、加热器：在要求设定温度比室温高的情况下，必须不断供给热量以补偿水浴向环境散失的热量。电加热器的选择原则是热容量小、导热性能好、功率适当。5、接触温度计:接触温度计又称水银导电表。其结构如右图。水银上部焊有金属丝，温度计上半部有另一金属丝，两者通过引出线接到继电器的信号反馈端。接触温度计的顶部有一磁性螺旋调节帽，用来调节金属丝触点的高低。同时，从温度计调节指示螺母在标尺

4、上的位置可以估读出大致的控温设定温度值。浴槽温度升高时，水银膨胀并上升至触点，继电器内线圈通电产生磁场，加热线路弹簧片跳开，加热其停止加热。随后浴槽热量向外扩散，使温度下降，水银收缩并与触点脱离，继电器的电磁效应消失，弹簧片弹回，而接通加热器回路，系统温度又开始回升。这样接触温度计反复工作，而使系统温度得到控制，可以说它是恒温浴的中枢，对恒温起着关键作用。6、继电器：继电器必须与加热器和接触温度计相连，才能起到控温作用。实验室常用的继电器有电子管继电器和晶体管继电器。衡量恒温水浴的品质好坏，可以用恒温水浴灵敏度来衡量。通常以实测的最高温度值与最低温度值之差的一半数值来表示其灵敏度。恒温槽灵敏度

5、的测定是在指定温度下观察温度的波动情况。该实验用较灵敏的数字贝克曼温度计、在定的温度下，记录温度随时间的变化。如记最高温度为t1，最低温度为t2，恒温槽的灵敏度为： S=±（t1-t2）/2灵敏度常以温度为纵坐标、以时间为横坐标绘制成温度时间曲线来表示，如图所示。 图中是几种典型的控温灵敏度曲线，曲线c是加热器功率过大，热惰性小引起的较指定温度t高的超调量；d是加热功率太小，或槽浴散热太快，引起较指定温度t低的低调量；曲线b是加热器功率适中，但热惰性大引起的较指定温度t高(或低)的超调量，需更换较灵敏的温度控制器；曲线a加热器功率适当，热惰性亦小，温度波动小的较理

6、想情况。由于外界因素干扰的随机性，实际控温灵敏度曲线要复杂些。三.实验仪器：水银接触温度计，水银温度计，搅拌器，加热器，贝克曼温度计，继电器，停表四.实验步骤：1.将蒸馏水灌入浴槽至容积的五分之四，先安装加热器，再安装搅拌器，接触温度计，继电器，温度计2.调节恒温水浴设定温度。假定室温25，设定实验温度为40，旋动磁性螺旋调节帽，使温度指示螺母位于大约38处，接通电源，开启加热器和搅拌器令其工作，注视温度计读数，当达到38左右时，根据显示器的温度显示，再次转动磁性螺旋调节帽，缓慢加热，使温度升至40为止。3.恒温水浴灵敏度曲线的测定当恒温水浴的温度在40上下波动时，每隔两分钟记录一次贝克曼温度

7、计的读数，将数据整理列表。五.数据处理：1.列表记录实验数据时间由0-60分钟每隔两分钟记录数字一次。控温在38左右，实验温度40。间隔时间/min温度/间隔时间/min温度/间隔时间/min温度/240.0822239.8254239.937439.9982439.9974439.846639.9162640.0474640.064839.8282839.9674839.9831040.0893039.8205039.8961240.0043240.0385239.9221439.9173440.0315439.9421639.8253639.8585639.9371840.0663840.

8、0785839.8472039.9814040.0226040.0652.恒温水浴的灵敏度曲线，并从灵敏度曲线中确定其灵敏度灵敏度大约为±0.043。3.根据灵敏度曲线，对组装的恒温水浴性能进行评价。温度为40时，恒温水浴灵敏度较好。六.问题思考：1.影响恒温浴灵敏度的因素主要有哪些？答：恒温介质流动性好传热性能好，控温灵敏度就高；加热器功率要适宜，热容量要小，控温灵敏度就高；搅拌器的搅拌速度足够大，保证恒温槽内温度均匀；继电器电磁吸引电建，后者发生机械作用的时间越短，断电时线圈中的铁芯剩磁越小，控温灵敏度就高；电接点温度计热容小，对温度的变化敏感，则灵敏度高；环境温度与设定温度的差

9、值越小，控温效果越好。2.欲提高恒温浴的控温精度，应采取什么措施？答：介质的流动性好，功率适宜，搅拌器速要足够大，接触式温度计热容小，对温度变化敏感。3.恒温槽恒温的原理是什么? 答：恒温槽之所以能够恒温，主要是依靠恒温控制器来控制恒温槽的热平衡。当恒温槽的热量由于对外散失而使其温度降低时，恒温控制器就驱使恒温槽中的电加热器工作。待加热到所需要的温度时，它又会使其停止加热，使恒温槽温度保持恒定。 4.如何提高恒温槽的灵敏度?试加以分析讨论。 答：灵敏度的高低是衡量恒温槽恒温优劣的主要标志。它不仅与温控仪所选择的感温元件、继电器、接触式温度计等灵敏度有关，而且与搅拌器的效率、加热器的功率、恒温槽的大小等因素有关。加热器与搅拌器应放得近一些。这样利于热量的传递。感温元件探头应放在合适的位置并与槽中的温度计相近，以正确地确定温控仪面板上的指示温度并且不宜放置得太靠近边缘。5.恒温槽内各处的温度是否相等?为什么? 答：恒温槽内各处的温度不相等，因为加热时仅仅是依靠电热丝的发热使水的局部温度升高，然后由于热量的传递才使水的其它部分温度升高。七.实验总结： 1.注入恒温介质必须适量，太满会外