物化实验一：恒温槽的装配与性能测定

1、 恒温槽的装配与性能测定摘要 本实验通过测量绘制恒温槽恒温后温度时间曲线，分析恒温槽在不同条件下的灵敏度等性能参数，初步掌握其构造及恒温原理。关键词 恒温槽 灵敏度 贝克曼温度计1. 前言在许多物理化学实验中，由于待测的数据如折射率、粘度、电导、蒸汽压、电动势、化学反应的速度常数、电离平衡常数等都与温度有关。因此，这些实验都必须在恒温的条件下进行，这就需要各种恒温的设备。通常用恒温槽来控制温度，维持恒温。一般恒温槽的温度都相对的稳定，多少总有一定的波动，大约在0.1，如果稍加改进也可达到0.01。所以在实验中恒温槽的灵敏度对分析实验结果，以及恒温槽的改进都有着重要的意义。 本实验就是通过对温控

2、仪测量并控制恒温槽灵敏度的测量，分析以及讨论，来研究恒温槽的改进。2. 实验部分（一） 仪器与试剂玻璃缸 1个 秒表 1个贝克曼温度计 1支 温控仪 1台050的1/10的温度计 1支 搅拌马达 1个电加热丝 1个 蒸馏水 导线若干（二） 实验步骤1、将蒸馏水注入水浴槽中，根据恒温槽组装的原则，按下图分别将所需各部件按要求装备好图1-1 恒温槽装置图1-浴 槽; 2-加热器; 3-搅拌器; 4-温度计; 5-感温元件(热敏电阻探头) 6-恒温控制器; 7-贝克曼温度计。2、将贝克曼温度计调节好，使其水银柱在30时停止在中间位置。(见附录贝克曼温度计的调节与使用)3、将温控仪、250V可调变压器

3、、电加热丝按电路图1-2连接好,并将搅拌马达接到另一只1kV的可调变压器的输出端，接好电源线。4、将控温仪热敏探头固定在恒温槽的一定位置，注意可浸入部分不可超过200mm,并将所有调压器电压调至最低。5、经老师许可后插好电源，调电压开启搅拌使其有一快慢适中的搅拌速度。打开温控仪电源，控制温控仪使之黄红灯交替明亮息灭，这时恒温槽处于恒温状态。6、恒温槽灵敏度测量：（1）机械自动化控制低温、不同加热电压情况下的恒温控制及其恒温槽性能比较在既使用调压器和发热管，也使用控温器的情况下，将温度控制并恒温到30。达到指定温度后，分别将调压器调节为180V和100V两个加热电压，等继电器不断地开关跳动表现恒

4、温以后，然后自行选用一种电子数字温差计测量温差T与时间t的变化曲线： T（）t（sec）高温、不同加热电压情况下的恒温控制及其恒温槽性能比较在既使用调压器和发热管，也使用控温器的情况下，将温度控制并恒温到45。达到指定温度后，分别将调压器调节为180V和100V两个加热电压，等继电器不断地开关跳动表现恒温以后，用温差计测量温差T与时间t的变化曲线：T（）t（sec）几乎相同的低加热电压，不同温度时的恒温控制及其恒温槽性能比较将与中相同的低加热电压（即相同的低加热速度），不同温度（即不同散热速度）下的曲线进行比较，请说明观察到的现象。几乎相同的高加热电压，不同温度时的恒温控制及其恒温槽性能比较将

5、与中相同的高加热电压（即相同的高加热速度），不同温度（即不同散热速度）下的曲线进行比较，请说明观察到的现象。（2）人工手动控制没有控温器时的恒温控制及其恒温槽性能及比较：在只使用调压器和发热管，而不使用控温器的情况下（相当于将接触温度计的位置调节到50，并使发热管始终处于加热状态即可），不断调节调压器的输出电压值使温度恒温到45。等温度稳定以后，停止调压器输出电压调节，用温差计测量温差T与时间t的变化曲线：T（）t（sec）将这条变化曲线与中的两条变化曲线比较说明观察到的现象3. 结果与讨论判断依据(a) 表示恒温槽灵敏度较高； (c) 表示加热器功率太大；(b) 灵敏度较低； (d) 表示加

6、热器功率太小或散热太快。 灵敏度 最高温度为t1； 最低温度为t2（一） 实验结果如图1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2分别表示了低温时、高温时不同加热电压下恒温槽恒温后温度差随时间的变化，其中黄色的直线表示所要控制的温度，红色的直线表示t1、t2 。从图中可以看出，取三个周期最高温度和最低温度的平均值可以得到：温度 控制电压V t1 t2周期s灵敏度 30 100 0.0333-0.0977 1580 0.0655 180 0.1470-0.0930 1680 0.1200 45 100 0.0070-0.0947 1030 0.0509 180 0.1055-0.1045 12

7、400.1050 45 70 0.018-0.012 / 0.015有以上的数据及图的对比可以得到：（1）机械自动化控制低温、不同加热电压情况下的恒温控制及其恒温槽性能比较加热电压为100V时相较于180V时，恒温槽的灵敏度要高，而且温度的变化周期要短。根据图可得得知：30时，100v电压加热，曲线类似于（d）图，所以可以得知这时加热器的功率太小；180v电压加热时，曲线类似于（b）图，表明其灵敏度较低。可能原因有，电压加大，加热速率加大，同时加热惯性也大，使得恒温槽的灵敏度降低。这说明了低温时，灵敏度可能与加热速率有关。高温、不同加热电压情况下的恒温控制及其恒温槽性能比较高温45时，不同加热

8、电压时，温度时间曲线的走向与低温时大致相同。也是电压越高灵敏度越低，温度变化周期越长。综合可以得知，恒温槽的灵敏度可能与加热速率有关。几乎相同的低加热电压，不同温度时的恒温控制及其恒温槽性能比较用相同的低压100V加热时，恒温控制温度为30摄氏度时相较于较高温45来说，恒温槽的灵敏度要低一些，而且温度变化周期要长一些。从图中可以看出，温度升高时曲线的斜率要大于温度下降时曲线的斜率，说明升温速度要大于散热速度，所以温度变化周期主要取决于散热速度。而体系加热后与环境的温差越大，其散热速度越快，当然散热速度还要取决与接触面积、空气流速等因素，但是在本实验中对比过程中，周期主要取决于体系与环境的温差。

9、同样，体系与环境温差加大，使得散热速率加快，与加热速率相持，由实验数据可以看出，温度对于灵敏度没有太大的影响。所以，低电压时，随温度的升高，恒温槽的灵敏度有一定幅度的增加，周期则是大大地缩短。几乎相同的高加热电压，不同温度时的恒温控制及其恒温槽性能比较同低电压时的情况相同，随温度的升高，恒温槽的灵敏度有一定幅度的增加，温度变化周期则大大地缩短。综合可以得知，恒温槽加热电压一定时，恒温槽所需控制的温度越高，其灵敏度越高，其温度变化周期越短，及恒温槽的稳定性越好。（2）人工手动控制没有控温器时的恒温控制及其恒温槽性能及比较：从实验结果以及试验曲线（3-1中手动确定一电压后没有在改变，3-2中恒温过

10、程中，改变了加热电压，以保持其持续的高灵敏度）可以看出，利用人工控制恒温槽恒温时，恒温槽的灵敏度大大地增加，而且温度变化周期极大地缩短，但是长时间不去根据恒温槽温度变化情况改变电压的话，恒温槽的温度会持续上升，虽然上升的幅度很小，但是持续下去，并不能保证恒温槽的温度仍处在设定温度的附近。所以虽然在某一段很短的时间内恒温槽的灵敏度很高，但是要保持其温度恒定，恒温槽的高灵敏度，则需要有人一直在近旁操作，这一点对于短时间的实验来说影响不大，反而可以保持更好的热稳定性，但是对于长时间的恒温实验来说无疑是得不偿失，相对起来反而是机械控制的更稳定，更符合人们所需，所以虽然手动控制可以增大恒温槽的灵敏度，但

11、是它的持续性不好的缺点仍有待解决。4. 结论本实验通过对继电器控制恒温槽恒温后温度时间曲线的研究，以及手动控温的探究发现：恒温槽的灵敏度以及温度变化周期不仅与加热电压（加热速度）有关，还与控制温度（散热速率）有关，一般来说随着温度或加热电压的增大恒温槽的灵敏度增大，周期减小；手动控温寻找合适的加热电压（加热速率）可以在短时间内保持较高的灵敏度，但是总体来说其稳定性及实用性都不如机械控温，其中最需解决的问题便是如何提高其持续性。根据以上的结论我问可以知道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

12、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。参考文献【1】物理化学实验 柯燕雄 单绍纯 中国科学技术大学出版社【2】物理化学实验 北京大学化学系 北京大学出版社 Assembly of Thermostatic Bathand Performance MeasureZhou Junling PB07206109Department of Chemical Physics, University of Science & Technology of ChinaAbstract In this experiment we use equipment to control the temperature and the voltage regulator to assemble the thermostatic bath ourselves.We got the kno