电热法测定冰的熔化热实验仪的研制

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1、物理实验第 27 卷 第 3 期2007 年 3 月Vol . 27 No . 3Ma r . ,2007P H YSICS EXP ER IM EN TA T ION电热法测定冰的熔化热实验仪的研制陈光伟1 ,文景1 ,杨国彗2(1 . 湖南工业大学 信息与计算科学系 ,湖南 株洲 412008 ;2 . 株洲市第四中学 ,湖南 株洲 412000)摘 要 :为了解决混合法测量冰的熔化热实验中热量损失的问题 ,设计了电热法测定冰的熔化热实验仪. 真空保温杯和冰水混合物双重隔离实验对象 ,降低了冰与环境的热交换 ,通过移液管测量冰熔化成水的体积变化 ,进而测定冰的 熔化热.关键词 :熔化热 ;

2、电热法 ;冰水混合物中图分类号 :O551 . 3文献标识码 : A文章编号 :100524642 (2007) 0320021202利用电热法测量冰的熔化热 1 能保证实验过程在恒温恒压的状况下进行 ,很好地解决了混合 法测量冰的熔化热实验中热量损失的问题 ,是较 理想的实验方法. 但目前市场上还没有相应的实 验仪器 ,为此笔者通过大量的实验 ,研制出冰的熔 化热实验仪 ,现介绍给广大读者.实验原理2在真空保温杯和密封的容器中装满冰水混合物 , 给浸没在冰水混合物中的加热器通电流 I , 设 加热器两端的电压为 U , 则在 t 时间内 , 提供给冰 水混合物的热量 Q 为( 1)Q = U

3、 I t .实验仪结构电热法测量冰的熔化热实验仪由测定仪和测 量装置组成 ,如图 1 所示. 测定仪能给加热器提 供约 12 V 的直流电压 ,加热电压 、电流和时间都 能通过测定仪面板直接读出. 测量装置由真空保 温杯、密封的容器 、橡胶密封塞、加热器、加热电 缆、精度为 0 . 01 mL 的 1 mL 移液管 、中间划有刻 度线的毛细管、橡胶管、2 mL 的注射器 、调节螺钉 和固定注射器及调节螺钉的底座组成.1若热量 Q 全部用来使质量为 m 的冰熔化为水 , 则冰的熔化热 L 为L = Q .( 2)m已知 , 在 0 时冰的密度1 = 0 . 917 g/ c m3 , 水的密度2

4、 = 0 . 999 87 g/ c m3 , 质量为 m 的冰熔化为 水时 , 体积减小V , 则 (2 - 1 ) m= m mV = V 冰 - V 水-=,( 3)1 21 2所以L = U I t (2 - 1 ).( 4)12V实验的关键在于如何保证实验过程能在恒温恒压的状况下进行 , 如何方便准确的测量出冰熔 化为水时体积减小量V . 因此 , 我们将实验装置 作了如图 1 所示的设计. 预先将冰水混合物装满 容器并用固定在装有加热器 、移液管和毛细管的 真空保温杯盖上的橡胶密封塞将其密封 , 然后将 密封的容器放入装有一定冰水混合物真空保温杯图 1 冰的熔化热实验仪“第四届全国

5、高等院校物理实验教学研讨会”论文收稿日期 :2006205212作者简介 :陈光伟 (1966 - ) ,男 ,湖南东安人 ,湖南工业大学信息与计算科学系高级实验师 ,主要从事物理实验教学与实验仪器的研究工作.中并盖好杯盖 , 这样在真空保温杯和其中的冰水混合物的双重隔离下 , 密封容器中的冰水混合物 ( 实验对象) 与环境的热交换将降至最少 , 以保证 实验在恒温的状况下进行 ; 用橡胶管将移液管与 注射器相连 , 注射器的活塞与调节螺钉相连 , 实验 时 , 冰熔化为水 , 体积缩小 , 毛细管和移液管中的 水柱都会下降 , 调节与注射器活塞相连的调节螺 钉 , 可使毛细管内的液面保持在刻

6、度线处 , 以保证 实验在恒压的状况下进行 , 并能方便准确的从移表 1 实验数据 t/ mi n U / V I/ A V / mL 012300000(11 . 88)11 . 8811 . 9011 . 9211 . 9211 . 9211 . 92 (0)0000000000000000(0 . 400)0 . 4000 . 4010 . 4020 . 4020 . 4020 . 402 (0)0000000000000 . 0110 . 0230 . 03440 . 043567890 . 0600 . 0850 . 1400 . 2100 . 285液管中水面下降的位置测出 V0

7、. 001 mL .值 , 可估读到实验方法100 . 365311121314151617181920210 . 4500 . 5300 . 5600 . 6000 . 6300 . 6480 . 6600 . 6710 . 6830 . 6940 . 7051) 将碎冰和 0的水充分混合 ,灌满容器并密封 ,使毛细管和移液管中水灌到刻度线以上 ,再将整个系统浸没在装有冰水混合物的真空保温杯 中 ,盖好杯盖.2) 由于保温瓶中冰水混合物会从杯盖上吸收热量 ,冰慢慢熔化 ,要随时观察移液管和毛细管中 水面的位置并缓慢调节注射器活塞上的调节螺 钉 ,使毛细管内的液面保持在刻度线处. 在通电前每隔

8、 1 mi n 观察 1 次移液管中水面的位置与相 应的时刻 ,等到移液管中水面的位置到 0 . 000 mL 时开始记录数据 4 次以上.3) 通电 ,每隔 1 mi n 记录 1 次移液管中水面 位置 ,同时观察电流、电压值有无变化并记录.4) 通电 68 mi n 后断电 ,继续记录直到移液 管中水面的位置每 mi n 下降量与加热前一样.5) 作 V 2t 图求出冰仅仅吸收电加热器释放热 量 Q 的体积变化量V 值.图 2V2t 曲线实验数据实验数据见表 1 ,由表 1 中数据做 V 2t 曲线 , 见图 2 ,图中 L 1 , L 2 的斜率为冰自然熔化的速度. 由表 1 和图 2

9、可看出 :1) 加热前冰会通过杯盖等吸收热量 ,缓慢均 匀地熔化 ,其熔化速度为 0 . 011 mL / mi n .2) 加热过程中冰熔化成水有滞后现象 ,这是43) 冰吸收电加热器释放热量 Q 的体积变化量V 值为 :V = ( 0 . 671 - 0 . 011 18 ) mL =0 . 473 mL . 由 ( 4) 式可求出 L = 329 . 3 J g - 1 . 与 标准值 334 J g - 1 相差仅为 1 . 4 %.结束语5第 3 期曹迎春 ,等 :简易水平测倾仪的设计25工后使达到 10 - 2 数量级 , 则机 10 - 4 电 ,误差主要来源于机械部分 , 故测

10、倾仪精度为10 - 4 .置材料的加工质量 , 减小外界风 、噪声、温度等因素的影响 , 该装置能具有更高的精密性和稳定性.结果分析相对于传统的机械式测倾仪器的不精确性和 电容式测倾仪器无法显示方向性等缺点 , 本设计 方案显示其优越性. 装置经调平后 , 每隔一段时 间记录一组倾角值和方向值 , 根据数据便可准确 判断建筑物的倾斜程度和方向. 经过多次测试 , 该测倾仪均能达到预想的效果 , 这从理论和实践 上都证明了该案的可行性. 如果能进一步提高装参考文献 :3张玉华 ,王安敏 ,王成江. 差动电容式传感器在智能电子水平仪中的应用 J . 传感器技术 , 2002 ( 12) :5255

11、 .康华光 , 陈大钦. 电子技术基础 ( 模拟部分) M .北京 :高等教育出版社 ,1999 . 228276 .熊永红 ,任忠明 , 张炯 , 等. 大学物理实验 M . 武 汉 :华中科技大学出版社 ,2004 . 1 2 3 Design on a simplegra dienterCA O Yi ng2c hun , XIO N G Yo ng2ho ng , L I She ng , J IA N G Yi2c he ng , KE Hai2bo(Dep a r t me nt of Physic s , H uazho ng U nive r sit y of Scie n s

12、e a nd Tech nolo gy , Wuha n 430074 , Chi na)Abstract : Ba sed o n t he p ri ncip le of Wheat sto ne bri dge , t he si mp le gra die nt er i s de si gned. Thegra die nt er u se s t he volt a ge of bri dge ci rcuit to sho w t he va riet y of slop e a ngle , a nd it s p reci sio n ca n reach 10 - 4 .K

13、ey words : gra die nt er ; Wheat sto ne bri dge ; diff e re ntial mo de a mp lificatio n circ uit 责任编辑 :尹冬梅 用电热法测量冰的熔化热能让学(上接第 22 页)参考文献 : 1 杨述武 ,马葭生 ,贾玉民 ,等. 大学物理实验 (力学及 热学部分) M . 北京 : 高等教育出版社 , 2000 . 237239 .生学习更多的物理知识 ,拓宽了学生的视野 ,有利于培养学生观察能力和分析问题和解决问题的综 合素质.Experimental instrument ofmea suring th

14、e melting heat ofice by electrothemal methodC H EN Gua ng2wei1 , W EN J i ng1 , YA N G Guo2h ui2(1 . Dep a r t me nt of Info r matio n a nd Co mp ut e r Scie nce ,H una n U niver sit y of Tec h nolo gy , Zh uzho u 412008 , Chi na ;2 . No . 4 Mi ddle Sc hool of Zh uzho u , Zh uzho u 412000 , Chi na)A

15、bstract : In o r de r to sol ve t he p ro ble m of heat lo ss i n mea suri ng t he melti ng heat of ice by u si ngble ndi ng met ho d , a n e xp eri me nt al i n st r ume nt of mea suri ng ice melti ng heat u si ng elect ro t her mal met ho d i s de si gned . The e xp eri me nt al o bject i s sep a

16、rat e d by vacu um bo t t le a nd mi xt ure of ice a nd wa2 t er , fo r decrea si ng t he heat e xcha nge of ice f ro m e nviro nme nt . The vol ume va riet y of ice duri ng melt p roce ss i s mea sured by t he mo ve2liqui d t u be , a nd t he melti ng heat of ice i s al so mea sured.Key words : melti ng heat ; elect ro t her mal met ho d ; mi xt ure of ice a nd wat e r