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《上海交通大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報告（大二上）液氮比汽化熱與固體材料放熱的測量報告》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、實(shí)驗(yàn)報告姓名：王航班級：F0703028學(xué)號：5070309025同組姓名：石靖鵬指導(dǎo)老師：助教14實(shí)驗(yàn)日期：2008.10.15---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------液氮比汽化熱與固體材料放熱的測量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解物質(zhì)的比汽化熱的概念和測量方法；2.了解固體材料定容比熱容CV與溫
2、度的關(guān)系，掌握固體材料放熱的三種計算方法；3.了解虛擬儀器的概念和使用?！緦?shí)驗(yàn)原理】1.汽化熱物質(zhì)由液態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)化的過程稱為汽化，在汽化過程中，分子要克服分子與分子之間的吸引力而做功，因此要吸收一定的能量。宏觀上表現(xiàn)為液體的溫度下降。在一定壓強(qiáng)下、保持溫度不變時，單位質(zhì)量的液體轉(zhuǎn)化為氣體所需吸收的熱量，稱為該物質(zhì)的比汽化熱L，有：L=Qm比汽化熱與液體汽化時的溫度有關(guān)。這是因?yàn)殡S著溫度升高，液相與汽相之間的差別逐漸減小的緣故。2.放熱量Q的計算1)用焓差計算焓H是表示物質(zhì)內(nèi)部具有的一種能量的物理量，有
3、：H=U+PV其中，U是物質(zhì)的內(nèi)能，P是壓強(qiáng)，V是體積。對于固體來說，PV的變化可以忽略不計，故通過計算焓差可以得到熱量的變化。銅在不同溫度時的比焓為：78K300K6.02kJkg79.6kJkg2)用比熱容計算根據(jù)比熱容的定義，只要知道了銅柱的比熱容C和銅柱的質(zhì)量m，就可以計算出銅柱從室溫降到液氮溫度所放出的熱量，即：?Q=Cm?T在低溫范圍內(nèi)，物質(zhì)的比熱容隨溫度的下降而減小。3)用德拜的固體比熱容模型計算德拜的固體定容比熱容模型能較好地反映出固體定容比熱容CV與溫度的變化規(guī)律。在德拜模型中，固體
4、的內(nèi)能可以表示為：U=9NkT4TD30TDTx3ex-1dx其中，N是阿伏伽德羅常數(shù)，N=6.02×1023mol，k是波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J?K-1，TD是物質(zhì)的德拜溫度，可由實(shí)驗(yàn)確定。上式指出，以摩爾為單位時，固體的內(nèi)能與具體的物質(zhì)種類無關(guān)。上式對T求偏導(dǎo)即得到德拜固體比熱容CV的表達(dá)式。對于金屬來說，在極低范圍時，電子對比熱容的貢獻(xiàn)不能忽略，從而德拜模型與實(shí)驗(yàn)值偏離較大?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果計算】一、定標(biāo)在傳感器上按順序放入砝碼，由采集到的質(zhì)量-電壓曲線來進(jìn)行定標(biāo)。所得到
5、的u-m值如下u/mVm/g1.11401.205101.373301.543501.9791002.848200在Origin中作圖，并用線型擬合之后得到結(jié)果為：從圖中得出k=B=115.43.一、測量銅柱質(zhì)量在傳感器上放入銅柱，之后記錄采集到的質(zhì)量-電壓曲線，得到如下圖線：帶入剛才得到的k值，銅柱的質(zhì)量mCu=1.29*115.43-128.58=20.22g一、計算液氮比汽化比。將實(shí)驗(yàn)中得到的液氮質(zhì)量變化數(shù)據(jù)加入Origin作圖，得到如下數(shù)據(jù)。從圖中看出，銅柱放熱所消耗的液氮質(zhì)量?m=2.45-
6、2.38*115.43=8.08g下面分別用三種方法計算放熱量Q1、焓差計算法。銅塊在78K和300K時的比焓分別為：H1=6.02kJkg，H2=79.6kJkg將其帶入公式Q=mCuH2-H1=1.49kJ2、比熱容計算法根據(jù)公式Q=mt0t1Cp(t)dt，我們可以計算出銅塊變溫需要的能量。通過查表，我們得到銅塊的定比熱容Cp與溫度T的關(guān)系。數(shù)據(jù)如下：T/KCp/(J·kg-1·K-1)T/KCp/(J·kg-1·K-1)70171.519035080202.720035590229.52103
7、59.4100252.2220363.5110271.2230367.1120287.2240370.2130300.7250373.1140312.2260375.8150322270378.3160330.6280380.7170338290382.9180344.5300384.8將表中數(shù)據(jù)用Origin進(jìn)行多項(xiàng)式擬和，這里采用了4次的多項(xiàng)式進(jìn)行擬和。結(jié)果如下圖：擬合精度非常好。對應(yīng)的表達(dá)式為Y=-208.45+8.11x-0.05x2+1.26*10-4x3-1.31*10-7x4帶入公式，Q
8、=mt0t1Cp(t)dt=20.22*73763.51000J=1.49kJ3、德拜的固體比熱容模型計算通過查表，得知銅塊的德拜溫度為TD=343K，銅塊的摩爾質(zhì)量MCu=63.54g?mol-1根據(jù)公式：U=9NkT4TD30TDTx3ex-1dx有：Q=mCuMCuUT-UT0,通過軟件積分，我們得到，Ut0=296.573,Ut=4743.670帶入公式，Q=mCuMCuUT-UT0=20.2264*4743.670-296.573J=1405.
