热学部分(化学专业使用).doc

测量固体比热容(混合法)
1 实验原理
温度不同的物体混合之后，热量从高温物体传给低温物体，如果在混合过程中与外界无热量交换，最后将达到一均匀稳定的平衡温度，在这个过程中，高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量，此称为热平衡原理。根据热平衡原理用混合法测定固体的比热。
将质量为、温度为的金属投入量热器的水中。设量热器（包括搅拌器和温度计插入水中的部分）的比热容为，其中水的质量为，比热容是，待测物投入水中之前的水温为。在待测物投入水中以后，其混合温度为，则在不计量热器与外界的热交换的情况下，将存在下列关系：
（2.1.1）
即
（2.1.2）
量热器的热容可以根据其质量和比热容算出。设量热器筒和搅拌器由相同的物质（铜）制成，其质量为，比热容为，则
（2.1.3）
式中为温度计插入水中部分的热容。的值可由下式求出：

式中为温度计插入水中部分的体积。表示以为单位时的数值，而表示以为单位时的数值。量热器的热容也可以用混合法测量。即先将量热器中加入质量为（以g为单位）的水，它和量热器的温度为，其次将质量为（以g为单位）温度为的温水迅速倒入量热器中，搅拌后的混合温度为，则根据式（2.1.1），得

即
（2.1.4）
但是用混合法测量热器热容时，要注意使水的总质量和实际测比热容时水的质量大体相等，混合后的温度也应和实测时的混合温度尽量相近才好。
上述讨论是在假定量热器与外界没有热交换时的结论。实际上只要有温度差异就必然会有热交换存在，因此，必须考虑如何防止或进行修正热散失的影响。热散失的途径主要有三：第一是加热后的物体在投入量热器水中之前散失的热量，这部分热量不易修正，应尽量缩短投放时间。第二是在投入待测物后，在混合过程中量热器由外部吸热和高于室温后向外散失的热量。在本实验中由于测量的事导热良好的金属，从投入物体到达混合温度所需时间较短，可以采用热量出入相互抵消的方法，消除散热的影响。即控制量热器的初温，使低于环境温度，混合后的末温则高于，并使大体上等于。第三要注意量热器外部不要有水附着（可用干布擦干净），以免由于水的蒸发损失较多的热量。
由于混合过程中量热器与环境有热交换，先是吸热，后是放热，致使由温度计读出的初温和混合温度都与无热交换时的初始温度和混合温度不同。因此，必须对和进行修正。可利用图解法进行，如图2.1.1所示。

图2.1.1 初温、末温修正图
实验时，从投物前五六分钟开始测水温，每10s测一次，记下投物的时刻与温度，记下达到室温的时刻，水温达到最高点后继续测五六分钟，在图2.1.1中，过作一竖直线MN，过作一水平线，二者交于O点，然后描出投物前的吸热线AB，与MN交于B点，混合后的放热线CD与MN交于C点。混合过程中的温升线EF，分别与AB、CD交于E和F。因水温达室温前，量热器一直在吸热，故混合过程的初温应是与B点对应的，此值高于投物时记下的温度。同理，水温高于室温后，量热器向环境散热，故混合后的最高温度是C点对应的温度，此值也高于温度计显示的最高温度。
在图2.1.1中，吸热用面积BOE表示，散热用面积COF表示，当面积相等时，说明实验过程中，对环境的吸热与放热相消。否则，试验将受环境影响。试验中，力求两面积相等。
此外，要注意温度计本身的系统误差。设温度计在冰点事读数为，温度计刻度值1℃对应的真实值为，则温度计读数为时，其真实温度
每支温度计的和值都标在仪器卡片上。
2 实验内容
实验内容是测量铜块的比热容，实验装置如图2.2.1。

图2.2.1 混合法测量铜块比热容实验装置
说明：1．恒温水套；2.搅拌器；3.量热筒；4.垫层和支架；5.绝热盖；6.温度计；7.绝热套；8.绝热橡皮圈
按公式测定铜块的比热容c
1、称待测物质量，煮一烧杯清洁沸水放入待测物加热以待用。用量程为100℃的温度计测量沸水温度（及待物测温），注意待测物要悬于水中，不要碰到杯壁，否则将与沸水的温度不同。
2、称内壁及搅拌器质量
3、将已配好的冷水加入内筒,以能淹没待测物为好，不要太多，否则最后平衡温度不易观测，称其质量，则冷水质量为
4、将内筒放入外筒中，装好后，搅拌使之平衡，记下A+B、C的各自温度和后迅速混合，将待测物放入内筒中盖上盖。
5、平稳搅拌，使之迅速趋于平衡，记下平衡温度
注意：不要使温度计、待测物、烧杯等和有关物体彼此相碰，且轻拿轻放，以避免玻璃仪器的损坏。
3 实验数据记录与处理(例子)
求被测物体的比热容

（g）
（g）
（g）
（℃）
（℃）
（℃）
第一次
353.72
74.03
194.13
18.5
63.5
27.6
第二次
353.87
74.11
238.04
19.0
79.0
30.9
测量量热器系统的比热容
由表中数据可得：
第一次时：

由公式可得，

第二次时：

由公式可得，

电热法热功当量的测量
一、实验目的
1. 学会用电热法测定热功当量；
2．进一步熟悉量热器的使用方法；
3．认识自然冷却现象，学习用牛顿冷却定律进行散热修正。
二、实验仪器
1.YJ-RZT-II数字智能化热学综合实验平台；2.量热器；3.加热器；4.天平；5.连接线；6.数字温度计。
量热器如图1所示。

三、实验原理
如果加在加热器两端的电压为V, 通过电阻的电流为I, 通过时间为t, 则电流作功为：
(1)
如果这些功全部转化为热能，使量热器系统的温度从T0℃升高至Tf℃，则系统所吸收的热量为：
(2)
其中Cs是系统的热容量。
如果过程中没有热量散失，则
(3)
即热功当量为
(4)
孤立的热学系统在温度从T0升到了Tf时的热量Q与系统内各物质的质量m1，m2…和比热容c1，c2…以及温度变化T0－Tf有如下关系
（5）
式中，m1c1，m2c2…是各物质的热容量。
在进行热功当量的测量中，除了用到的水外，还会有其他诸如量热器、搅拌器、温度传感器等物质参加热交换。即:
(6)
式中，c水m水为水的热容量, c内m内为量热器内筒的热容量、cxmx为搅拌器、加热电阻、温度传感器等的热容量。如果搅拌器和温度传感器等的质量用水当量ω表示，则热功当量为：
(7)
ω可以由实验室给出，也可以通过实验测出。
四、实验内容
1.用天平称出内筒的质量，再用天平称出约100克左右的水，倒入量热器中，将测温电缆和搅拌电机电缆与YJ-RZT-II数字智能化热学综合实验平台面板上对应电缆座连接好,安装好搅拌电机，测温探头；
2.打开电源开关；
3.记下初始温度值T1（℃）；
4.打开搅拌开关；
5.按图2连接好加热电路，接上加热电阻的连线（同时按触计时器“启动”按钮），系统开始加热、计时；

6.当加热一段时间（如5分钟）后，拔掉加热电阻的连线，停止加热，同时，记下加热的时间，待温度不再上升时，记下系统的温度T2（℃）；
7.关掉“搅拌开关”,倒掉量热器中的水；
8.根据（J／cal）求出热功当量；
9.重复测量3-5次，取平均值；
本实验仪的水当量ω= 6.68 g(由实验室给出)。
五、数据记录及处理
1.自拟数据表格记录数据；
2.按式（7）求出热功当量，并与公认值(J=4.1868J/cal)相比较求出百分误差。
六、思考题
1.如果实验过程中加热电流发生了微小波动，是否会影响测量的结果？为什么？
2.实验过程中量热器不断向外界传导和辐射热量.这两种形式的热量损失是否会引起系统误差？为什么？
七．注意事项
1.供电电源插座必须良好接地；
2.在整个电路连接好之后才能打开电源开关；
3.严禁带电插拔电缆插头；
4.仪器加热温度不应超过50℃；
5.切勿将加热器裸露在空气中加热。

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