实验13 液体比汽化热的测定(107

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1、实验十三 液体比汽化热的测定液体比汽化热是液体的一个重要热学参数，在制冷效率、节能研究及工业生产中有 重要的作用。物质由液态向气态转化的过程称为汽化，液体的汽化有蒸发和沸腾两种不 同的形式。蒸发是发生在液体表面的汽化过程，在任何温度下都能进行，而沸腾是液体 表面和内部同时发生的剧烈汽化现象。在一定的外界压强下，沸腾只能在某一特定温度 （沸点）发生，此时液体汽化突然加 剧，在液体内部形成大量气泡并上升，逸出液面破裂。不管是哪种汽化过程，它的物理 过程都是液体中一些热运动动能较大的分子飞离表面成为气体分子，而随着这些热运动 动能较大分子的逸出，液体的温度将要下降，若要保持液体温度不变，在汽化过程中

2、就 需要外界不断供给热量。通常定义单位质量的液体在温度保持不变的情况下转化为气体 时所吸收的热量称为该液体的比汽化热。液体的比汽化热不但和液体的种类有关，而且 和汽化时的温度有关。因为温度升高，液相中分子和气相中分子的能量差别将逐渐减小， 因而温度升高液体的比汽化热减小。物质由气态转化为液态的过程称为凝结，凝结时将 释放出在同一条件下汽化所吸收的相同热量，因而可以通过测量凝结时放出的热量来测 量液体汽化时的比汽化热。【实验目的】1了解用线性温度传感器测量液体比汽化热；2本实验用量热器和集成温度传感器测量液体的比汽化热，学习液体比汽化热的 一种电测量方法。【实验仪器】 液体比汽化热测量仪、加热炉

3、、烧杯、量热器、电源线、加热炉连接线、AD 590传感器、数字温度计、电子天平、支架。本仪器对传统的液体比汽化热实验中的加热、输汽装置进行了改进，避免蒸汽在传输过程中的热量损失，减小了实验误差。对加热电炉增加温控控制电路，便于控制水过激沸腾，并保证水蒸汽输入量热器的速率达到实验要求。本实验中量热器内杯与外杯采 用聚苯乙稀发泡塑料填充进行绝热，这比空气绝热的量热器绝热效果优良。对温度测量 本仪器采用集成电路温度传感器AD590 （线性温度传感器），实现了液体比汽化热的非电 量电测，较准确地测量水和其他液体的比汽化热。本仪表同时可用于冰的熔解热，液氮 比汽化热等潜热的测量。实验测量的准确性和可靠性

4、均很好。实验装置如图8-1所示。玻璃烧瓶中盛水，可由电炉加热至沸腾。烧瓶的帽盖上有 一小孔，多余蒸汽可从小孔中逸出。烧瓶中间有一玻璃管可以往下通水蒸汽，水蒸汽先 经过处于100C水温的玻璃管，然后经过很短的玻璃管和乳胶管进入量热器的水中，这样 可减少水蒸汽在输送过程中先凝成水滴后再被带入量热器。集成温度传感器用于测量量 热器中水的温度。【实验原理】本实验采用混合法测定水的比汽化热。方法是将烧瓶中接近100 C的水蒸汽，通过 短的玻璃管加接一段很短的橡皮管 （或乳胶管）插入到量热器内杯中。如果水和量热器内 杯的初始温度为01oC，而质量为M的水蒸汽进入量热器的水中被凝结成水，当水和量热 器内杯温

5、度均一时，其温度值为02oC，那么水的比汽化热可由下式得到：ML + MCW （03 -02）=（mCW + m1CA1 +- （02 -01）（8-1）其中，C为水的比热容；m为原先在量热器中水的质量；C为铝的比热容；m和m分 WAl12别为铝量热器内杯和铝搅拌器的质量；0 3为水蒸汽的温度；L为水的比汽化热。集成电路温度传感器AD590是由多个参数相同的三极管和电阻组成。该器件的两引 出端当加有某一定直流工作电压时（一般工作电压可在4.520V范围内），如果该温度 传感器的温度升高或降低1oC，那么传感器的输出电流增加或减少1卩A,它的输出电流 的变化与温度变化满足如下关系：I = B0

6、+ A（8-2 ）其中，I为AD590的输出电流，单位卩A； 0为摄氏温度，B为斜率，A为摄氏零度时的 电流值，该值恰好与冰点的热力学温度273K相对应（实际使用时，应放在冰点温度时进 行确定）。利用AD590集成电路温度传感器的上述特性，可以制成各种用途的温度计。 在通常实验时，采取测量取样电阻R上的电压求得电流I。【实验内容】 一必做部分：1. 集成电路温度传感器AD590的定标 每个集成电路温度传感器的灵敏度有所不同，在实验前，应将其定标。按图8-2要求接。（实际在我们提供的测量仪器 中已经接好电阻为100CD土 1%，数字电压表为四位半，传感 器加电源电压为6V。你只要把AD590的红

7、黑接线分别插入面 板中的输入孔即可进行定标或测量）。图8-2，集成电路温度传感器实2. 定标工作如下：（1）电炉E的电源线拔掉，量热器内杯里放入冰水混合物 际接触冰水混合物。（2）这时记下数字电压表的值（唯一确定）。（3）连接电炉E的电源线，开始加热。（4）量热器内杯里放入数字温度计，开始记录数字电压表值和数字温度计值（ 10组 以上对应的数据）。（5）把实验数据用最小二乘法进行直线拟合，求得斜率B，截距A和相关系数r。 3水的比汽化热的测定（ 1）用电子天平称出铝量热器内杯加铝搅拌器的质量 M1 ，然后在量热器内杯中灌一 定量的水，再称出盛有水的量热器内杯和搅拌器的总质量，减去M1后得到水的

8、质量m。（2）将量热器的内杯及其中的水放在冰块上预冷到室温以下的温度。 （但此温度须高 于环境的露点，为什么?） 如果低于露点，则实验过程中量热器内杯外表有可能凝结上薄 水层，从而释放出热量，影响测量结果。（3）把烧瓶（里面的水面不超过通汽玻璃管的一半， 防止烧瓶内水沸腾时进入通汽玻 璃管）放在电炉上加热，开始加热时可以通过温控电位器顺时针调到底，当烧瓶内水沸 腾时可以由温控器调节，保证水蒸汽输入量热器的速率符合实验要求。此时可将烧瓶上 颈口盖子（与颈口中间夹纸片，否则水沸腾以后拔不了盖子）转动，使于100 C的水蒸 汽从通气孔逸出，不把乳胶管插入量热器，使蒸汽不进入量热器的水中。当烧瓶中的水

9、 沸腾时，先读下数字电压表的示值U ，再关闭通气孔，将预冷过的内杯放进量热器内， 再放在水蒸汽管下，使通汽乳胶管插入量热器水中约 1毫米深（注意汽管不宜插入太深以 防止通汽管被堵塞）并不断轻轻地搅拌量热器中的水，使100 C的水蒸汽进入量热器的 水中（通蒸汽过程中须持续搅拌，通蒸汽时间的长短以下述要求来确定：尽可能使量热 器中水的末温0与室温的温差同室温与初温0差值相近，这样可使实验过程中量热器内21杯与外界热交换得到抵消）。（4）停止电炉通电，并打开瓶盖不再向量热器通汽，将通蒸汽管从量热器中拔出 （注 意尽量不要将量热器内水带出），停止向量热器进蒸汽，继续搅拌量热器内杯中的水，读 出水和内杯

10、温度开始均匀相等时末温02。并通过称衡量热器内杯和其中水的质量，经过 计算以求得进入量热器中的水蒸汽的质2量 M 。（5）将各测量值代入式（8-1）求得水在100 C左右时的比汽化热。【实验数据和结果】1集成电路温度传感器AD590定标结果。2水的比汽化热的测量数据如下m =； m =； 0 =23编号m(g)U1(mV)0 1( C)U2(mV)0 2( C)M 总(g)M (g)123查表得：CW = 4.187xl03j/(kg OC) ； CA = 0.9002x103J/(kg- oC)二选做内容:测量其他液体的比汽化热测量除水以外其他各种液体的比汽化热，可在烧瓶的通蒸汽管下部连接一

11、个细长盘 绕的金属冷凝管。冷凝管用短橡皮管与通蒸汽管相接。冷凝管被浸没在量热器的水中， 只露出细管与大气相通。待测液体的蒸汽进入冷凝管后因冷却而凝结成液体，当蒸汽被 凝结为一定量的液体时，停止加热，打开通气孔，停止向量热器进蒸汽。整个实验步骤 与测量水的比汽化热相同，只是被凝结的蒸汽的质量可通过称衡通蒸汽后量热器内杯冷 凝管和液体的质量减去通蒸汽前量热器内杯和冷凝管质量得到，凝结过程中释放的热量 可由量热器测量，方法同一。【思考题】1 为什么烧瓶中的水未达到沸腾时，水蒸汽不能通入量热器中？2 本实验测温度为什么要用集成温度传感器？它比用水银温度计有什么优点？3 用本实验装置测量水的比汽化热可能产生哪些误差？如何改进？