實(shí)驗(yàn)3液體比汽化熱測(cè)量

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1、液體比汽化熱測(cè)量?jī)x曾2009.9.10一、簡(jiǎn)介本儀器對(duì)傳統(tǒng)的液體比汽化熱實(shí)驗(yàn)中的加熱、輸汽裝置進(jìn)行了改進(jìn)，避免蒸汽在傳輸過(guò)程中的熱量損失，減小了實(shí)驗(yàn)誤差。對(duì)加熱電爐增加溫控控制電路，便于控制水過(guò)激沸騰，并保證水蒸汽輸入量熱器的速率達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。本實(shí)驗(yàn)中量熱器內(nèi)杯與外杯采用聚苯乙烯發(fā)泡塑料填充進(jìn)行絕熱，這比空氣絕熱的量熱器絕熱效果優(yōu)良。對(duì)溫度測(cè)量本儀器采用集成電路溫度傳感器AD590（線性溫度傳感器），實(shí)現(xiàn)了液體比汽化熱的非電量電測(cè)，較準(zhǔn)確地測(cè)量水和其他液體的比汽化熱。本儀表同時(shí)可用于冰的熔解熱，液氮比汽化熱等潛熱的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)測(cè)量的準(zhǔn)確

2、性和可靠性均很好。二、技術(shù)指標(biāo)1．交流輸入：200V±10%功率：電源加電爐300W,305W。2．爐溫電壓：從0-200V連續(xù)可調(diào)。3．?dāng)?shù)字電壓表：四位半數(shù)字電壓表；量程：0-2V；分辨率：0.1mV；準(zhǔn)確度：±0.03%；讀數(shù)±5字滿量程。4．集成溫度傳感器：AD590線性工作電壓：4.5V-20V；靈敏度：1μA/℃。5．取樣電阻1000Ω±1%（或1000±10Ω）。6．測(cè)量水等液體比汽化熱與公認(rèn)值百分差小于5%。三、實(shí)驗(yàn)原理物質(zhì)由液態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程稱為汽化，液體的汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種不同的形式。不管是哪種汽化過(guò)程，它的物理

3、過(guò)程都是液體中一些熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能較大的分子飛離表面成為氣體分子，而隨著這些熱運(yùn)動(dòng)較大分子的逸出，液體的溫度將要下降，若要保持溫度不變，在汽化過(guò)程中就要供給熱量。通常定義單位質(zhì)量的液體在溫度保持不變的情況下轉(zhuǎn)化為氣體時(shí)所吸收的熱量稱為該液體的比汽化熱。液體的比汽化熱不但和液體的種類有關(guān)，而且和汽化時(shí)的溫度有關(guān)，因?yàn)闇囟壬?，液相中分子和氣相中分子的能量差別將逐漸減小，因而溫度升高液體的比汽化熱減小。物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的過(guò)程稱為凝結(jié)，凝結(jié)時(shí)將釋放出在同一條件下汽化所吸收的相同的熱量，因而，可以通過(guò)測(cè)量凝結(jié)時(shí)放出的熱量來(lái)測(cè)量液體汽化時(shí)的比汽化

4、熱。本實(shí)驗(yàn)采用混合法測(cè)定水的比汽化熱，方法是將燒瓶中接近100℃的水蒸汽，通過(guò)短的玻璃管加接一段很短的橡皮管（或乳膠管）插入到量熱器內(nèi)杯中。如果水和量熱器內(nèi)杯的初始溫度為℃，而質(zhì)量為M的水蒸汽進(jìn)入量熱器的水中被凝結(jié)成水，當(dāng)水和量熱器內(nèi)杯溫度均一時(shí)，其溫度值為℃，那么水的比汽化熱可由下式得到：4（1）其中，CW為水的比熱容；m為原先在量熱器中水的質(zhì)量；CA1為鋁的比熱容；m1和m2分別為鋁量熱器和鋁攪拌器的質(zhì)量；θ3為水蒸汽的溫度；L為水的比汽化熱。集成電路溫度傳感器AD590是由多個(gè)參數(shù)相同的三極管和電阻組成。該器件的兩引出端加有某一

5、定直流工作電壓時(shí)（一般工作電壓可在4.5V-20V范圍內(nèi)），如果該溫度傳感器的溫度升高或降低1℃，那么傳感器的輸出電流增加或減少1μA，它的輸出電流的變化與溫度變化滿足如下關(guān)系：其中，I為AD590的輸出電流，單位μA；θ為攝氏溫度，B為斜率，單位μA/℃，A為攝氏零度時(shí)的電流值，該值恰好與冰點(diǎn)的熱力學(xué)溫度273K相對(duì)應(yīng)（實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)放在冰點(diǎn)溫度時(shí)進(jìn)行確定）。利用AD590集成電路溫度傳感器的上述特性，可以制成各種用途的溫度計(jì)。在通常實(shí)驗(yàn)時(shí)，采取測(cè)量取樣電阻R上的電壓求得電流I。一、實(shí)驗(yàn)裝置二、實(shí)驗(yàn)方法1．集成電路溫度傳感器AD59

6、0的定標(biāo)。每個(gè)集成電路溫度傳感器的靈敏度有所不同，在實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)將其定標(biāo)。按圖2要求接。（實(shí)際在我們提供的測(cè)量?jī)x器中已經(jīng)接好電阻為1000Ω±1%，數(shù)字電壓表為四位半，傳感器加電源電壓為6V。你只要把AD590的紅黑接線分別插入面板中的輸入孔即可進(jìn)行定標(biāo)或測(cè)量）。把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用最小二乘法進(jìn)行直線擬合，求得斜率B，截距A和相關(guān)系數(shù)r。41．水汽化熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)：①、用物理天平或電子天平秤量熱器和攪拌器的質(zhì)量m1+m2，然后在量熱器內(nèi)杯中加一定量的水，再秤出盛有水的量熱器和攪拌器的質(zhì)量減去m1+m2得到水的質(zhì)量m。②、將盛有水的量熱器內(nèi)杯放在冰塊

7、上，預(yù)冷卻到室溫以下較低的溫度。但被冷卻水的溫度需高于環(huán)境的露點(diǎn)，如果低于露點(diǎn)，則實(shí)驗(yàn)過(guò)程中量熱器內(nèi)杯外表有可能凝結(jié)上薄水層，從而釋放出熱量，影響測(cè)量結(jié)果。將預(yù)冷過(guò)的內(nèi)杯放還量熱器內(nèi)再放在水蒸汽管下，使通汽橡皮管插入水中約1厘米深，注意汽管不宜插入太深以防止通汽管被堵塞。③、將盛有水的燒杯加熱，開(kāi)始加熱時(shí)可以通過(guò)溫控電位器順時(shí)針調(diào)到底，此時(shí)瓶蓋移去，使低于100℃的水蒸汽從瓶口逸出。當(dāng)燒杯內(nèi)水沸騰時(shí)可以由溫控器調(diào)節(jié)，保證水蒸汽輸入量熱器的速率符合實(shí)驗(yàn)要求。這時(shí)要首先讀下溫度儀的數(shù)值θ1。接著把瓶蓋蓋好繼續(xù)讓水沸騰向量熱器的水中通蒸汽并

8、攪拌量熱器內(nèi)的水，通過(guò)時(shí)間長(zhǎng)短，以盡可能使量熱器中水的末溫度θ2與室溫的溫差同室溫與初溫θ1差值相近（如室溫為28℃，θ1為10℃，則Δθ=18℃，θ2應(yīng)為28℃+18℃=46℃），這樣可使實(shí)驗(yàn)過(guò)程中量熱器內(nèi)杯與外界熱交