冰的熔化热的测定.doc

混合法测冰得熔化热
【实验简介】
　　温度测量与量热技术就是热学实验得中最基本问题。本实验主要学习利用量热学得实验方法混合法测量冰得熔化热.量热学就是以热力学第一定律为理论基础得,它所研究得范围就就是如何计量物质系统随温度变化、相变、化学反应等吸收与放出得热量.量热学得常用实验方法有混合法、稳流法、冷却法、潜热法、电热法等。本实验应用混合发测冰得熔化热，使用得基本仪器为量热器.由于实验过程中量热器不可避免地要参与外界环境得热交换而散失对热量，因此，本实验采用牛顿冷却定理克服与消除热量散失对实验得影响,以减小实验系统误差。
【实验目得】
1、掌握基本得量热方法——混合法;

2、测定冰得熔化热;
3、学习消除系统与外界热交换影响量热得方法.
【实验仪器与用具】
图3-4 电子天平

图3-2 量热器
图3-3 量热器结构图
量热器（BDＩ-３02A型)，数字温度计(SＮ220２或DM-T)或水银温度计（0～50℃，0。１℃）、烧杯、电子天平(YJ66０１）、冰柜、或恒温数显水浴锅、保温桶、小量筒（１0ｍl，0、5ｍl）、电子秒表或机械秒表等。
【实验原理】
１、热平衡方程式

电子天平图3-5
在一定压强下，固体发生熔化时得温度称为熔化温度或熔点，单位质量得固态物质在熔点时完全熔化为同温度得液态物质所需要吸收得热量称为熔化热，用表示,　单位为或。
将质量,温度为0℃得冰块置入量热器内，
与质量为，温度为得水相混合,设量热器内系统达到热平衡时温度为。若忽略量热器与外界得热交换，根据热平衡原理可知，冰块熔化成水并升温吸热与水与内筒等得降温放热相等。即:
　 （３-１)
解得冰得熔化热为:
　 （3-2)
上式中：为冰得质量，为量热器内筒中所取温水得质量,为水得比热,，为量热器内筒及搅拌器得质量与比热（二者同材料)， 就是温度计插入水中部分得热容(对水银温度计，V数值上等于温度计插入水中体积得毫升数，单位为 ；　对数字温度计得可不计。)，，为投冰前、后系统得平衡温度。实验中可测出, ，，,，得值，，为已知量，故可以求出得值。
2、初温与末温得修正
上述结论就是在假定冰熔化过程中,系统与外界没有热交换得条件。实际上，只要有温度差异就必然有热交换得存在.因此必须考虑如何防止或进行修正热散失得影响。
第一,冰块在投入量热器水中之前要吸收热量，这部分热量不容易修正,应尽量缩短投放时间。第二，引起测量误差最大得原因就是,这两个温度值,这就是由于混合过程中量热器与环境有热交换。若大于环境温度,小于，则混合过程中，系统对外先就是放热，后就是吸热，至使温度计读出得初温与混合温度都与无热交换时得初温度与混合温度有差异，因此，必须对与进行修正。修正方法用图解法进行.考察投冰前、冰融化过程与冰全部融化后持续得三个阶段内得水温随时间得变化情况，作出时间～温度曲线(ＡBＣDE）。
实验时,从投冰前５分钟开始，每30秒测一次水温,直至冰完全熔化后5分钟为止，中间测时、测温不间断。将记录得时间~温度,在二维坐标上先描出点，再将点连成连续得曲线ABＣDＥ，如图3—6示：图中AB 为投冰前得放热线（近似为直线）,BCＤ为熔化时得曲线,ＤE为熔化后得吸热线(近似为直线）,Ｂ、Ｄ两点为为温度计实测得投冰前后得系统初、末温度。
图3-6
F
t

A
C
D
E
B
O 5 10 15 时间/分钟
G
温度/
下面讨论对曲线ABCDE得处理方法，可以采取两种方法。
方法一、在BCＤ段找出与室温θ对应得点Ｃ，过C作一条垂直于时间轴得垂线ＦG,分别与ＡＢ、ED得延长线交于F、G。在冰熔化得过程中，当水温高于室温前（BＣ段)，量热器一直在放热,故混合前得理论初温值应该低于投冰前得测量温度值（B点值)；同理,水温低于室温后（ＣD段），量热器从环境吸热，故熔化完得理论温度要低于温度计显示得最低温度值（D点值)。如果图中ＢCF,CDＧ两部分得面积近似相等（一般需要多次实验改变参数，才可以达到较好得近似），根据牛顿冷却定律，可近似认为系统与环境得吸、放热相消，从而达到良好得减小系统误差得效果。此时，可取Ｆ点与Ｇ点得温度值表示冰块熔化前与熔化后得系统温度与t 。
图3-7
F
t

A
C
D
E
B
O 5 10 15 时间/分钟
G
温度/
方法二、若方法一作出得BＣF,CＤＧ两部分面积相差叫大,我们可以采取以下方法：作线段FＧ垂直于时间轴，分别与AB、ED得延长线交于F、G，且使BCF与CＤG两部分面积相等，也可取F点与G点得温度值表示冰块
熔化前与熔化后得系统温度与t 。其道理就是,
新得温度曲线ABFＧDＥ(折线）与实验温度曲线
AＢCDE就是等价得,而表示熔化过程得ＦG段过程
极短，故可以认为就是绝热得。
【实验内容及要求】
１、用天平称量热器内筒及搅拌器得质量,并确认其材料性质,若为铜制取,若为铝制取。
2、在内筒中注入高于室温恰当温度得水,约为内筒容积3／5，称量其总质量,求出所取水得质量，安装好仪器装置,并放置三分钟左右。
（注：取水温与室温之差,与、、环境及仪器装置等有关、）
3、研究投冰前、冰融化过程与冰全部融化后系统内水温得变化情况。
不断地、轻轻地用搅拌器搅拌内筒中得水,当系统内温度相对稳定时，开始测量筒中水温得变化并计时,即在读出第一个温度值得那一刻作为秒表得计时零点,以后每30秒记录一次水温,直至测温结束.
在秒表显示约5分钟时,敏捷地将擦干水得0℃得冰放在量热器内,然后将量热器按装好，动作要迅速，继续搅拌、测温,直至温度降到最低，再缓慢回升4~5分钟为止，才停止计时、测温.
特别注意,在整个测温过程中：①要用量热器不断得缓慢搅拌内筒中得水；②从测温开始到测温结束这段时间内，秒表开始计时后,不可回零，也不可以暂停。
4、称量总质量，求出冰得质量；找出温度计浸入水中得位置,用小量筒测出其浸入水中部分得体积；交指导教师检查数据后，将仪器擦干水,整理复原。
5、根据上述第3步记录得数据,在二维直角坐标纸上作出类似于原理图得时间～温度曲线，由图读出F、G点对应得温度值分别为与得值。
６、求出冰得熔化热及其相对误差（与标准值334J/g相比)，并分析误差来源，提出改进办法。
【数据记录与处理】
1、 测质量、Ｖ：
　 ， 　 　 　 　　 　 ,
=　 　 　 　,＝ 　 　,
=　 　 　 　　 　,
(做完实验内容3以后再测m）V= 　 。
２、冰块熔化前后水温随时间得变化:(θ= 　　　 )
时间（min)
0
0、5
1、０
1、5
２、0
2、5
3、０
3、5
4、０
4、5
5、0
5、5
6、0
６、5
７、0
7、5
温度(℃）

时间(min）
8、0
８、５
9、０
９、5
10、0
10、5
11、0
11、5
１2、０
12、５
13、0
13、５
14、0
1４、5
1５、0
1５、5
温度（℃)

由以上数据作图可得: =　 　 ， = 　 　。 (要附上您所测得原始数据与所作得图）；
3、计算; 　
【实验注意事项】
1、如果电子天平得移动,需重新调平与校准,称量物体时，待测物应放在秤盘中央,严禁放置超过最大称量得物体,严禁用手按压秤盘。
2、量热器中温度计位置要适中，可适当插入水中深一点，因为冰块浮在水面，致使水面局部温度较低。
3、整个测温过程中，搅拌器都应持续地缓慢搅拌,动作不应过大过快,以防止有水溅出，投冰应迅速且无水溅出。
4、测温过程得计时就是持续得，不间断得.
5、实验应远离热源，要保持环境温度基本恒定。
【思考题】
１、分析一下，在本实验中还有哪些具体原因使您得测量产生误差?
2、您认为如何实现投冰前使冰处于冰点温度0℃？
3、试设计一个用混合法测定金属块比热得实验方法?
附录3-１　　　电子天平得使用说明
电子天平使用各种压力传感器将压力变化转变为电信号输出,放大后再通过A/D转换直接用数字显示出来.电子天平使用方便,操作简单,现在市售电子天平精密天平得分度值为1mg,电子分析天平得分度值达到０、1ｍg,本校实验使用得电子天平得分度值为０．1g,称量1０00g。
操作规则:
1、 天平得负载不得超过其最大称量。
2、 使用前进行校准
3、 称量时物放中央

附录3—２　 ＤM-T数字温度计使用说明
　DM-T数字温度计就是由单片机与ＤＳ18B2０数字温度传感器组成。它具有反应快、低能耗、高性能、抗干扰能力强等特点。适合实验室中对温度作较精确得测量。
（1)主要技术指标
　 输入电压：AＣ220Ｖ±１0％、5０Hz 测量范围:-5０℃~125℃　 分辨率：０。06℃
　 (２）仪器结构及使用说明
前面板由三部分组成,从右到左依次为电源开关、传感器接口、数字显示器,后面板上有保险与电源插座。1、电源开关：电源开关扳向上，电源接通,数码管点亮，仪器工作；开关扳向下,电源断开，仪器停止工作。2、连接温度传感器：将温度传感器与仪器得传感器接口相连并锁紧。3、数码管显示器:当插上温度传感器后,数码管显示温度值.当电源接通,温度传感器未接或未接好时,数码管显示任意值或一个点且不变;在检测过程中数码管显示突然不变动时,那就是由于温度传感器接触不良所致，请重新接好温度传感器，仪器便转为正常。
(3）注意事项
1、温度传感器测量头不能直接放入导电溶液及带腐蚀性溶液中使用。
２、在测试中要注意温度传感器得测量范围，若超过测量范围,将会损坏传感器。