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1、 大学应用物理实验 多媒体课件 物理教学研究与管理室 热 学 实 验 固体密度的测定 冰的熔解热的测定 返回本章首页 实验 8 冰的熔解热的测定 摘要 本实验主要练习：用混合法测量冰的熔解 热 。 实验目的 、 要求 1、 学习温度与热量的计量方法； 2、 学会用混合法测量冰的熔解热； 3、 学习一种修正散热的粗略方法 。 返回本章首页 实验原理 单位质量的某种物质（如晶体）， 在熔点从固态完全熔解成同温度的 液态时，所需要的热量，叫做这种 物质的熔解热 。 返回本章首页 1、 混合量热法 在热力学中 ， 把要研究的对象称为热力学系统 ， 简称系统 。 系统以外能够影响系统的所有物体称 为系统
2、的外界或环境 。 与环境之间既没有能量交 换又没有物质交换的系统称为孤立系统 。 显然 ， 在一个孤立系统中 ， 某一部分放出的热量就会被 其余部分完全吸收 。 热量是能量传递的一种形式 。 某一物体吸收或放出的热量 Q可以用物体的热容 量 C和温度的改变量 T求得 TcQ 返回本章首页 下面介绍用混合量热法来测定冰的熔解 热 。 在一个大气压下 ， 冰的熔点是 00C。 设有 M克 00C的冰 (实验中 ， 可近似认为冰 的熔点是 00C)和 m克 T10C的水混合 。 冰全 部熔解为水后的平衡温度为 T20C 。 设量热 器内筒和搅拌器的质量分别为 m1和 m2， 比 热容分别为 C1和
3、C2。 温度计的热容量为 C3。 取水和冰的比热容为 C0。 如果实验系统是 孤立系统 ， 与外界无热交换 ， 则有关系式 )( 2132211002 TTCcmcmmccMTML 返回本章首页 由此可得 ， 冰的熔解热的计算公式为 0221322110 )( 1 cTTTCcmcmmc M L 注： （ 1）冰和水的比热容可取作 1卡克 度。 （ 2）水银的比热容是 0.033卡克 .度，密度是 13.6克厘米 3，所以单位体积 (1厘米 3)水银的热 容量是 0.45卡度。 返回本章首页 2、 散热修正法 混合量热法的弊端是 ， 完全绝热的要求是无法 达到的 。 下面在介绍一种根据牛顿冷却
4、定律进行 散热修正的粗略方法 。 )( Tkdtdq 牛顿冷却定律的表达式为 式中、分别为系统 (即量热器内筒 )和环境 (即实验室 )的温 度。 返回本章首页 由于散热常数 k取负值 ， 所以 ， 当 T0 时 ， dq/dt0， 系统向外界散热；当 T0系 统从环境吸热 。 在实验过程中 ， 环境温度 基本 不变 ， 则通过适当选取系统初温 T1 和终温 T2 所以 q散 0 返回本章首页 同样系统 T2从变为 这段时间 (从 t至 t2)内系统从环境 吸热 q吸 为 2 )(tt dtTkq 吸 由于 T0 从上图中可知 ， q散 与 q吸 量值大小与面积及成正比 。 于 是 ， 如果
5、S散 = q吸 ， 则系统散热与吸热前后抵消 。 而要使 ， S散 = q吸 ,关键在选择适当的 T1和 T2。 对温差不大的情况 ， 一般常选择 T1 - 2( - T2)。 返回本章首页 实验知识要点 一、 量热器简介： A 量热器外筒 B 量热器内筒 C 绝缘垫圈 D 绝缘盖 F 电阻加热器 G 搅拌器 H 温度计 L 接线柱 量热器如下图所示，一个瓷质 圆筒叫外筒，一个较小的铝质 (或 铜质 )圆筒叫内筒。电木圆环放在 外筒颈部用来支承内筒。电木盖 子盖在外筒的筒口，盖子的中央 开有一个较大的圆孔，附有一个 软木塞，用来插入温度计。这个 圆孔两侧有两个较小的圆孔，可 装附有电热丝 (约
6、 2)的金属棒。 盖上另有一小孔，搅拌器的柄从 此孔伸出。 返回本章首页 使用时先把内筒放在圆环上 ， 然后放入外筒里 ， 注意不要歪斜 ， 以免内外筒相碰 ， 这样内外筒之间形成一个导热较差的空气层 。 用量热器测定物质比热时 ， 先称出内筒质量 ， 盛水再称 ， 求出水 的质量 。 把内筒放入量热器外筒 。 用温度计测出水的初温 ， 从沸 水壶里取出待测比热的金属块迅速投入内筒 ， 轻轻搅拌 ， 量出最 高温度 (即混合后共同温度 )。 取出金属块 ， 擦干后称出质量 。 根 据热平衡方程计算即可得金属块比热 。 A量热器外筒 B量热器内筒 C绝缘垫圈 D绝 缘盖 F电阻加热器 G搅拌器
7、H温度计 L接线 柱 返回本章首页 注意 : 在实验时，内筒少盛一些水，当物体 投入后其温度升高比较显著，可以明显 减少误差。但水量过少，不能淹没待测 物质也会影响实验效果。 返回本章首页 二 、 牛顿冷却定律 如果物体的温度 T高于周围的环境温度 ， 那么物体将 向周围散发热量并降低自身的温度 ， 直到物体的温度与 周围环境的温度相同 。 这时 ， 二者达到了热平衡 。 经验表明 ， 在物体 (即热学系统 )处于自然冷却的情况 下 ， 散热的快慢与温度差 T-成正比 ， 并且与物体的热容 量 C和物体的表面积大小及特性有关 。 牛顿冷却定律表达了上述的规律 ,即 )( Tkdtdq 其中 ，
8、 k称为散热系数 ， k0。 在 T- 不大时 ， k为常数 。 返回本章首页 实验器材 量热器 、 物理天平 、 水银温度计 （ 或 数字式温度计 ） 、 量筒 、 玻璃器皿 、 停 表 、 冰 、 擦干布等 。 返回本章首页 实验内容和步骤 1、 擦干量热器的内筒和搅拌器 ， 分别 称出其质量 m1和 m2， 如果内筒和搅拌器都 是铝或铜制的 ， 这时它们的质量和为 m1 + m2 。 查出它们的比热容 c1和 c2,记录入表 1。 2、 记录实验室温度 。 取比室温 略高 150C的纯净的水注入量热器内筒 ， 使水约占 内筒容积 2 3。 称出水与内筒 、 搅拌器的总 质量 m+ m1
9、+ m2 ， 记入表 2。 返回本章首页 3、 将内筒放在外筒中的绝热架上 ， 加盖 ， 插好搅拌器和温度计 。 开始搅拌 内筒里的水 ， 注意温度计读数 。 4、 取一块杂质 、 气孔和裂缝少的 ， 大小适中的冰用布仔细擦干 。 小心 ， 快 速将冰投入内筒 ， 同时记下水的初温 (应选初温比室温高 10一 15 0C)及初时 t1， 记入表 3。 返回本章首页 5、 从初温对应的初时 t1， 到系统终温 T2对应的 终时 t2(测得的最低温度应是系统终温 ， 再往后 ， 系统将从外界吸热以致温度回升 )， 每隔 20s记录 一次系统的温度 ， 记入表 4。 6、 取出温度计 ， 用量筒测出
10、浸入水中的体积 V。 称出熔解后冰 、 水 、 内筒和搅拌器的总质量 M+m+m1+m2， 记入表 5。 7、 用公式 (1)计算冰熔解热 L。 对结果进行分析 ， 考虑一下各个参量 (主要指水的质量 m、 冰的质量 M、 初温 T1和终温 T2)的大小选择得是否合适 ， 步 骤操作有没有问题 ， 制定改进的方案 。 返回本章首页 8、 按改进方案重做一次实验 。 9、 实验报告用改进方案得到的原始 数据 。 (1)计算冰的熔解热 L公式 (3.28)。 (2)用坐标纸作系统温度随时间变化的 “ T-t”图 。 考察面积 S散 和 S吸 (计算坐标 纸格子 )， 检验散热与吸热是否基本上 抵消 。 返回本章首页 数据记录与处理 表 1 1m 1c 2m 2c 表 2 m1m2 + 表 3 1t 1T 表 4 1t t 2t 2T 表 5 Mm1m2 （ 厘米 3） ） + 表 1 返回本章首页 注意事项 1、 投冰 、 搅拌都要避免将水溅出 。 2、 取出温度计时 ， 也要避免带出 水滴 。
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