液體比熱容的測(cè)定

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1、液體比熱容的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)?冷卻法測(cè)定液體的比熱容，并了解比較法的優(yōu)點(diǎn)和條件；?2)?最小二乘法求經(jīng)驗(yàn)公式中直線的斜率；??3)?用實(shí)驗(yàn)的方法考察熱學(xué)系統(tǒng)的冷卻速率同系統(tǒng)與環(huán)境間溫度差的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理:由牛頓冷卻定律知，一個(gè)表面溫度為的物體，在溫度為的環(huán)境中自然冷卻(>)，在單位時(shí)間里物體散失的熱量與溫度差（>）有下列關(guān)系：=(>)當(dāng)物體溫度的變化是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程時(shí)，上式可改寫(xiě)為：=(>)（1）(1)式中為物體的冷卻速率，為物質(zhì)的熱容，為物體的散熱常數(shù)，與物體的表面性質(zhì)、表面積、物體周?chē)橘|(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)以及物體表面溫度等許多

2、因素有關(guān)，和分別為物體的溫度和環(huán)境的溫度，k為負(fù)數(shù)，-的數(shù)值應(yīng)該很小，大約在1?0一1?5℃之間。如果在實(shí)驗(yàn)中使環(huán)境溫度保持恒定(即的變化比物體溫度的變化小很多)，則可以認(rèn)為是常量，對(duì)式(1)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，可以得到下述公式：㏑(-)=t+b（2）????????式中b為(積分)常數(shù)?？梢詫⑹?2)看成為兩個(gè)變量的線性方程的形式：??自變量為t，應(yīng)變量為ln(-)，直線斜率為，本實(shí)驗(yàn)利用式(2)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)方法是：通過(guò)比較兩次冷卻過(guò)程，其中一次含有待測(cè)液體，另一次含有已知熱容的標(biāo)準(zhǔn)液體樣品，并使這兩次冷卻過(guò)程的實(shí)驗(yàn)條件完全相同，從而

3、測(cè)量式(2)中未知液體的比熱容。?在上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行自然冷卻，測(cè)出系統(tǒng)冷卻過(guò)程中溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系，并從中測(cè)定未知熱學(xué)參量的方法，叫做冷卻法；對(duì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在相同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行對(duì)比，從而確定未知物理量，叫做比較法。比較法作為一種實(shí)驗(yàn)方法，有廣泛的應(yīng)用。?利用冷卻法和比較法來(lái)測(cè)定待測(cè)液體(如飽和食鹽水)的熱容的具體方法如下：?利用式(2)分別寫(xiě)出對(duì)已知標(biāo)準(zhǔn)液體(即水)和待測(cè)液體(即飽和食鹽水)進(jìn)行冷卻的公式，如下：ln=t+b’（3）ln=t+b”（4）以上兩式中和分別是系統(tǒng)盛水和鹽水時(shí)的熱容。如果能保證在實(shí)驗(yàn)中用同

4、一個(gè)容器分別盛水和鹽水，并保持在這兩種情況下系統(tǒng)的初始溫度、表面積和環(huán)境溫度等基本相同，則系統(tǒng)盛水和鹽水時(shí)的系數(shù)與相等，即==令S?和S″分別代表由(3)式和(4)式作出的兩條直線的斜率，即?S?=,S″=可得S?=S”（5）式中S?和S″的值可由最小二乘法得出，熱容和分別為==其中,,,分別為水和鹽水的質(zhì)量及比熱容；,,,分別為量熱器內(nèi)筒和攪拌器的質(zhì)量及比熱容；和分別為溫度計(jì)浸入已知液體和待測(cè)液體部分的等效熱容。由于數(shù)字溫度計(jì)測(cè)溫按著浸入液體部分的等效熱容相對(duì)系統(tǒng)的很小，故可以忽略不計(jì)，利用式(5)，有=（6）其中水的比熱容為?=

5、4.18x/()量熱器內(nèi)筒和攪拌器通常用金屬銅制作，其比熱容為：==0.389x/()三、實(shí)驗(yàn)儀器：儀器主要由實(shí)驗(yàn)容器和實(shí)驗(yàn)主機(jī)組成，其示意圖見(jiàn)圖1所示。實(shí)驗(yàn)容器是具有內(nèi)、外筒的專(zhuān)用量熱器。外筒是一個(gè)很大的有機(jī)玻璃筒，外筒及其中水熱容量比量熱器熱容量大得相當(dāng)多，以保持恒溫，并以此作為實(shí)驗(yàn)的“環(huán)境”。內(nèi)筒是用金屬銅制作的，內(nèi)盛待測(cè)液體(或已知液體)，內(nèi)筒和液體(或已知液體)組成我們所要考慮的系統(tǒng)。?該裝置基本上滿(mǎn)足了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)需在溫度恒定環(huán)境中冷卻的條件。圖1?實(shí)驗(yàn)裝置示意圖?1、實(shí)驗(yàn)主機(jī)??2、溫度顯示表??3、查閱按鈕??4、復(fù)位按

6、鈕?5、電源開(kāi)關(guān)???6、實(shí)驗(yàn)外筒?7、實(shí)驗(yàn)內(nèi)筒??8、環(huán)境水9、傳感器BT???10、被測(cè)液體???11、傳感器AT??12、堅(jiān)固螺絲四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．用冷卻法測(cè)定飽和食鹽水的熱容(1)將外筒冷卻水加至適當(dāng)高度(要求的波動(dòng)幅度不超過(guò)±0.5℃)(2)用內(nèi)部干燥的量熱器內(nèi)筒取純凈水。要求：純凈水體積約占內(nèi)筒的2／3體積、溫度約比高10～15℃。稱(chēng)其質(zhì)量后，放入隔離筒，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。每隔1?min分別記錄一次純凈水溫度和外筒冷卻水的溫度，共測(cè)20min。(3)用清洗過(guò)的內(nèi)筒盛取飽和食鹽水。?要求：食鹽水的體積約占內(nèi)筒的2／3體積、飽和食鹽水

7、的初溫與純凈水初溫之差不超過(guò)1℃。稱(chēng)其質(zhì)量后，放入隔離筒，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。每隔1min記錄一次食鹽水溫度和外筒冷卻水的溫度，共測(cè)20min。2、對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求(1)在同一張直角坐標(biāo)紙中，對(duì)純凈水及鹽水分別作“l(fā)n(－)——?t”圖，檢驗(yàn)得到的是否為一條直線。如果是，則可以認(rèn)為檢驗(yàn)了式(2)，并間接檢驗(yàn)了式(1)，也就是說(shuō)，被研究的系統(tǒng)的冷卻速率同系統(tǒng)與環(huán)境之間溫度差成正比。(2)對(duì)水和鹽水分別取ln(-)及相應(yīng)的t的數(shù)據(jù)，用最小二乘法分別求出兩條直線的斜率S'和S″,并由此得出未知飽和食鹽水的比熱容。?3．提示：儀器的聯(lián)機(jī)軟件可以讓實(shí)驗(yàn)

8、過(guò)程簡(jiǎn)化。通過(guò)儀器內(nèi)置的串行接口和電腦聯(lián)機(jī)，運(yùn)行聯(lián)機(jī)軟件。聯(lián)機(jī)軟件每隔固定時(shí)間，自動(dòng)從實(shí)驗(yàn)儀獲取數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)后，可以通過(guò)該軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。具體的使用方法，請(qǐng)看聯(lián)機(jī)軟件的使用手冊(cè)。五、注意事項(xiàng)1)要避免直接用火對(duì)內(nèi)筒加熱，這樣會(huì)引起內(nèi)