液体比热容的测定实验报告

1、液体比热容的测定实验报告 实验6 液体比热容的测定 【实验目的】 学会用比较测量法测液体的比热容。 实验仪器 相同量热器具2只，相同电阻丝2只，温度计（精确到0.1，范围为050），物理天平，小量筒，电源，待测液体。 【实验原理】 实验装置。 在两个相同的量热器1和2中，分别盛有质量为m1和m2的两种液体，其比热容各为c1和c2。在两种液体中分别安装电阻值相等的电阻丝，如图所示。 测量方法。 电路接通后，即电流流过电阻丝R，设通过时间t秒所产生的热量为Q。假设电流通过电阻丝R所产生的热量Q全部被液体、量热器内筒、搅拌器和温度计浸入液体中的部分所吸收，并升高温度。若量热器具1和2的热容（包括搅拌

2、器、温度计、内筒及电阻丝）各为Cs1和Cs2，加热前的初始温度各为T1和T2，经加热后，终温各为T1和T2，则可求得在量热器1和2中，电阻丝R所产生的热量分别为 Q1?c1m1?Cs1?T1?T1 （1） Q2?c2m2?Cs2?T2?T2 （2） 由Q1?Q2解得 ? 1c1?m1?T2?T2?Cs1?（3） ?c2m2?Cs2?T?T11? 可见，若第二种液体比热容c2为已知，则只要测得m1、m2、T1、T2、T1和T2并代 入（3）式，便可求得待测液体1的比热容c1。 一般量热器内筒和搅拌器均用电阻丝R的质量为mR，比热容为cR，两温度计各浸入液体1和液体2的体积为V1、V2（单位cm）

3、，则 Cs1?c0m0?cRmR?1.9V1?J? Cs2?c0m0?cRmR?1.9V2?J? 【内容要求】 测出量热器内筒及搅拌器质量m0。 3 测出电阻丝R的质量mR。 测出电阻丝液体（如变压器油和水）的质量分别为m1和m2，液体体积要适量。 安装仪器，连接线路。 测出两种液体的初温T1和T2。闭合开关开始加热至温度升高10左右为止，记下终温T1和T2。 测出温度计浸入液体中部分的体积V1和V2。 将两量热器中的液体互相交换，重复步骤16，取两次实验结果的平均值作为测量结果，心消除两量热器及电阻丝R不完全相同引入的误差。 【数据处理】 记录数据如下： m0?_g mR?_g m1?_g

4、m2?_g T1?_ T2?_ T1?_ T2?_ V1?_cmV2?_cm 第7步骤中记录的数据同上。 计算变压器的比热容。 33 大学物理实验预习报告 1 2 3 FD-LCD-A液体比热容实验仪说明书 曾编 xx.9.20 一、 仪器简介 液体的比热容是一个重要的热学物理量。用冷却法测液体比热容实验在国内许多综合性大学、工科大学作为基础热学实验开设。 FDLCDA液体比热容实验仪是通过冷却比较法测定液体比热容的实验装置。它具有以下优点： 1设计了单片机控制的数字式精密温度测量仪，该温度测量仪可同时测量实验装置内筒和外筒温度，并有定时报时、自动保存数据功能，有利于实验测量准确读数或查阅实验

5、数据。 2对待测液体量杯及外围恒温装置进行优化设计，能更好地满足待测液体自然冷却的规律，减小实验误差。 二、 仪器用途 1) 冷却法测定液体的比热容，并了解比较法的优点和条件； 2) 最小二乘法求经验公式中直线的斜率； 3) 用实验的方法考察热学系统的冷却速率同系统与环境间温度差的关系。三、 仪器组成 仪器主要由实验容器和实验主机组成，其示意图见图1所示。实验容器是具有内、外筒的专用量热器。外筒是一个很大的有机玻璃筒，外筒及其中水热容量比量热器热容量大得相当多，以保持恒温，并以此作为实验的“环境”。内筒是用金属铜制作的，内盛待测液体(或已知液体)，内筒和液体(或已知液体)组成我们所要考虑的系统

6、。 该装置基本上满足了实验系统需在温度恒定环境中冷却的条件。 图1 实验装置示意图 1、实验主机 2、温度显示表 3、查阅按钮 4、复位按钮 5、电源开关6、实验外筒 7、实验内筒 8、环境水 9、传感器TB10、被测液体11、传感器TA 12、坚固螺丝 四、 实验原理 由牛顿冷却定律知，一个表面温度为?的物体，在温度为?0的环境中自然冷却(?0)，在单 位时间里物体散失的热量?q t与温度差（?0）有下列关系： ?q ?k?0? ?t 当物体温度的变化是准静态过程时，上式可改写为： ?k ?0? （1） ? ?tCS (1)式中 ? 为物体的冷却速率，Cs为物质的热容，k为物体的散热常数，与

7、物体的表面性质、?t 表面积、物体周围介质的性质和状态以及物体表面温度等许多因素有关，?和?0分别为物体的温度和环境的温度，k为负数，?0的数值应该很小，大约在1 O一1 5之间。 如果在实验申使环境温度?0保持恒定(即?0的变化比物体温度?的变化小很多)，则可以认为?0是常量，对式(1)进行数学处理，可以得到下述公式：(?0)? k t?b （2） (式中b为积分常数)。 CS 可以将式(2)看成为两个变量的线性方程的形式： 自变量为t，应变量为ln(?0)，直线斜率为kCS，本实验利用式(2)进行测量，实验方法是：通过比较两次冷却过程，其中一次含有待测液体，另一次含有已知热容的标准液体样品

8、，并使这两次冷却过程的实验条件完全相同，从而测量式(2)中液体的比热容。 在上述实验过程中，使实验系统进行自然冷却，测出系统冷却过程中温度随时间的变化关系，并从中测定热学参量的方法，叫做冷却法；对两个实验系统在相同的实验条件下进行对比，从而确定物理量，叫做比较法。比较法作为一种实验方法，有广泛的应用。 利用冷却法和比较法来测定待测液体(如饱和食盐水)的热容的具体方法如下： 利用式(2)分别写出对已知标准液体(即水)和待测液体(即饱和食盐水)进行冷却的公式，如下： ln?0?W?ln?0?S kCS t?b （3） k ?t?b（4） CS 以上两式中CS和CS分别是系统盛水和盐水时的热容。如果

9、能保证在实验中用同一个容器分别盛水和盐水，并保持在这两种情况下系统的初始温度、表面积和环境温度等基本相同，则系统盛水和盐水时的系数k与k相等，即： k?k?k 令S和S分别代表由(3)式和(4)式画出的两条直线的斜率，即 S? kk , 可得 S?CSCS SCS?SCS （5） 式中S和S的值可由最小二乘法得出，热容CS和CS分别为 CS?mc?m1c1?m2c2?C， CS ?mcX?m1c1?m2c2?C， 其中m,m,c,cX分别为水和盐水的质量及比热容；m1，m2，c1，c2分别为量热器内筒和搅拌器的质量及比热容；?C和?C分别为温度计浸入已知液体和待测液体部分的等效热容。由于数字温

10、度计测温按着浸入液体部分的等效热容相对系统的很小，故可以忽略不计，利用式(5)，有 1 cX? m 其中水的比热容为 ?SCS? ?(mc?mc)?1122? （6） ?S? c?4.18?103J?kg?K? 量热器内筒和搅拌器通常用金属铜制作，其比热容为：c1?c2?0.389?10Jkg?K? 3 五、 实验内容 1用冷却法测定饱和食盐水的热容 (1)将外筒冷却水加至适当高度(要求?0的波动幅度不超过0.5)(2) 用内部干燥的量热器内筒取纯净水。 要求：纯净水体积约占内筒的23体积、温度?约比 ?0高1015。称其质量后，放入隔离 ?0，共测20分钟。 筒，开始实验。每隔1 min分别

11、记录一次纯净水温度?和外筒冷却水的温度 (3)用清洗过的内筒盛取饱和食盐水。 要求：食盐水的体积约占内筒的23体积、饱和食盐水的初温与纯净水 初温之差不超过1。称其质量后，放入隔离筒，开始实验。每隔1分钟记录一次食盐水温度?和外筒冷却水的温度?0，共测20min。 2、对数据处理的要求 (1)在同一张直角坐标纸中，对纯净水及盐水分别作“ln(?0) t”图，检验得到的是否为一条直线。如果是，则可以认为检验了式(2)，并间接检验了式(1)，也就是说，被研究的系统的冷却速 率同系统与环境之间温度差成正比。 (2)对水和盐水分别取ln(?0)及相应的t的数据，用最小二乘法分别求出两条直线的斜率S和

12、S，并由此得出饱和食盐水的比热容cX。 3提示：仪器的联机软件可以让实验过程简化。通过仪器内置的串行接口和电脑联机，运行联机软件。联机软件每隔固定时间，自动从实验仪获取数据。实验后，可以通过该软件对数据进行处理。具体的使用方法，请看联机软件的使用手册。 六、 注意事项 1)要避免直接用火对内筒加热，这样会引起内筒表面的氧化，以致其表面性质发生改变，从而使散热常数k发生变化。 2)待测液体与水的初温相关不超过1，它们所处的环境温度应该相同，体积应取得大致相等。 3) 实验过程中，通过旋动两个温度传感器搅拌液体，可以使其温度均匀。 4) 被测液体温度较高时，谨防烫伤。 七、 仪器的技术指标和功能简

13、介 1电源要求 仪器对工作电源的要求是：单相三线2 2 0V5 5 0Hz。 2定时报时功能 开机运行后，主机会在每分钟的最后两秒启动内置的蜂呜器发声，表示一分钟时间到了。 3数字温度传感器 。 仪器配备有两个DS18B20温度传感器，温度量程0100，显示分辨率：0.1。这两个温度传感器分别测量内筒液体温度TA、外筒液体温度TB。 实验时，按照仪器后面板的标签，把外筒温度传感器放入外筒“环境水”中，把内筒温度传感器放入内筒被测液体中。开机运行后，温度显示表会自动切换显示TA、TB的值。 切换的规律：每分钟的前5 8秒显示TA，最后2秒显示TB。显示TA时，第一位数码管显示成 “A”。显示Tb

14、时，第一位数码管显示成“b。注意：显示Tb时，蜂呜器会发声报警，不要惊慌。 4 自动保存数据功能 实验过程中，仪器有自动记录温度的功能：开机或复位的前2 0分钟，仪器会每分钟的最后1秒自动保存TA的温度值。实验结束后，您在仪器前面板上按“查询”键，就可以查阅这些数据。 5教据查阅功能 每次实验开始的前2 O分钟，在每分钟末，TA值被自动保存一次。 实验结束后，按 “查询”键，即可依次读取保存的TA值。查询时，第一位数码管表示温度值的编号。举例： “O” 表示第1分钟未时记录的TA值 “1” 表示第2分钟末时记录的TA值? “8” 表示第9分钟末时记录的TA值 “9” 表示第l O分钟未时记录的TA值 ? “0.”