電熱法測(cè)定液體比熱容.doc

電熱法測(cè)定液體比熱容及散熱修正實(shí)驗(yàn)論文08物理2班 姓名：顧懷斌 學(xué)號(hào)：200802050220 指導(dǎo)老師：蒙清摘要：本實(shí)驗(yàn)是電熱法測(cè)定水的比熱容及學(xué)習(xí)用牛頓冷卻定律進(jìn)行散熱修正從而減少系統(tǒng)誤差。在此實(shí)驗(yàn)中消除系統(tǒng)誤差無(wú)外乎兩種，完善實(shí)驗(yàn)手段，改進(jìn)儀器的裝置和結(jié)構(gòu)，盡量減少與外界交換熱量，使用牛頓散熱公式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正。不同電壓下測(cè)量水的比熱容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，分析說(shuō)明。 關(guān)鍵詞：電熱法、溫度、比熱容、散熱修正。Abstract: This experiment is the electrothermics determination water carries on the radiation compared to the heat capacity and the study with the Newton law of cooling to revise, thus reduces the system error. Eliminates the system error nothing else but two kinds in this experiment,Consummates the experiment method, improves instruments installment and the structure, reduces and the outside exchange quantity of heat as far as possible,Uses Newton to radiate the formula to carry on the revision for the experimental result. Under the different voltage surveys the water the ratio heat capacity to carry on the experimental result comparison, the analysis explained. Key word: Electrothermics, temperature, ratio heat capacity, Radiation revision.引言：比熱容是指單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高1所需的熱量，其單位是J/(Kg K)水的比熱容較大，大部分金屬的比熱容約為水的，非金屬中巖石類的比熱容約為水的，木材的比熱容約為水的，液體的比熱容一般比水的低，氣體的比熱容因種類而異有較大的差別，空氣的比熱容約為水的。測(cè)定水的比熱容是測(cè)定其它物質(zhì)比熱容得基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)采用直接測(cè)量比熱容的熱方法，即電阻絲和待測(cè)物質(zhì)直接接觸。輸入的熱量由電阻絲的電流供給，并由輸入的電能測(cè)得，這種方法能使被傳遞熱量的測(cè)量達(dá)到最高準(zhǔn)確度，比熱容的測(cè)定屬于熱技術(shù)和熱物性測(cè)定范疇的熱實(shí)驗(yàn)。由于熱現(xiàn)象的普遍性和熱應(yīng)用的重要性，從18世紀(jì)中期蒸汽體的發(fā)明到現(xiàn)在新能源、新材料的開(kāi)發(fā)和研制，生命科學(xué)、生物工程、航天技術(shù)等許多領(lǐng)域中熱實(shí)驗(yàn)都占有很重要的地位。很多新材料并非在手冊(cè)中能查到，需要自己動(dòng)手測(cè)量。因此這類實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)和提高學(xué)生參考加工程實(shí)驗(yàn)和從事科學(xué)研究的能力具有重要作用。實(shí)驗(yàn)儀器：量熱器，溫度計(jì)，加熱電阻絲，穩(wěn)壓電源，電壓表，電流表，電子秤，秒表，游標(biāo)卡尺。實(shí)驗(yàn)裝置：1. 把加熱電阻絲和量熱器連起來(lái)作為一個(gè)系統(tǒng)，量熱器包括（內(nèi)外筒，絕熱墊，絕熱蓋，溫度計(jì)，攪拌器）2. 把電壓表電流表分別串并聯(lián)在接線柱上，然后和電源接通。裝置圖如下實(shí)驗(yàn)原理:1）電熱法測(cè)定水的比熱容本實(shí)驗(yàn)是用加熱電阻絲，給系統(tǒng)加熱使系統(tǒng)溫度由升高到假設(shè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換。則電流做的功前轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的熱能。這樣下式必然成立 (1 )式中分別是電流強(qiáng)度，電壓及加熱時(shí)間是水的質(zhì)量和比熱容是除水之外系統(tǒng)其他部分的比熱容。將（1）式改寫(xiě)為； (2 ) （3）（3）式中為量熱器內(nèi)筒及攪拌器的質(zhì)量和比熱容，為加熱電阻絲和接線柱的質(zhì)量和比熱容，為溫度計(jì)的熱熔。由于溫度計(jì)式由玻璃和水銀制成的。在室溫（20）下玻璃的比熱容為795J/(Kg.K)密度約為2500Kg/水銀的比熱容為138 J/(Kg.K)密度為13546 Kg/（由于我們實(shí)驗(yàn)室室溫與20相差不大，計(jì)算式可用20時(shí)的計(jì)算）因此1玻璃的比熱容等于7952500=1.98J/K, 1水銀的熱熔等于13813546=1.87J/K,1,故通常計(jì)算水銀溫度計(jì)的熱熔只需求的侵入液體部分的體積的平均熱熔即=1.93這樣（2 ）式可變?yōu)?（4）2）牛頓冷卻定律及散熱修正實(shí)際上在用電流加熱使系統(tǒng)升溫的過(guò)程中系統(tǒng)不可能避免它會(huì)同外界環(huán)境進(jìn)行熱交換，也就是說(shuō)系統(tǒng)獲得的熱量有一部分散失掉致使系統(tǒng)的實(shí)際溫度低于理想的終溫而引入系統(tǒng)誤差。如果實(shí)驗(yàn)中量熱筒內(nèi)外溫差以及量熱筒的始末溫差不過(guò)大（也不過(guò)小。以致降低測(cè)量準(zhǔn)確度）則在這種情況下系統(tǒng)散熱服從牛頓冷卻定律，可用牛頓冷卻定律進(jìn)行散熱修正。 （5）式中k為散熱系數(shù)，它取決于系統(tǒng)表面狀況及其環(huán)境的關(guān)系，在保持環(huán)境溫度不變且的情況下，對(duì)某一定質(zhì)量的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)k為常數(shù)，式（5）變換得 即 （6）兩邊積分得； （b為常數(shù)）可見(jiàn)圖應(yīng)為一條直線，其斜率為K利用直線就可對(duì)曲線逐點(diǎn)進(jìn)行散熱修正將（5）式改寫(xiě)為 （1 、2、 3.）式中為第個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)因散熱而降低的溫度為時(shí)間間隔內(nèi)量熱器的平均溫度，可按來(lái)計(jì)算，可證明第點(diǎn)溫度修正值為； （8）因此修正后的第點(diǎn)的溫度為； 測(cè)量數(shù)據(jù)表A表一筒和攪拌器的質(zhì)量?jī)?nèi)加熱電阻絲系統(tǒng)質(zhì)量水的質(zhì)量環(huán)境溫度內(nèi)筒和攪拌器的比熱容加熱電阻絲系統(tǒng)的比熱容130.2g20.4g208.0g28.58902.88392.92A表二電壓電流溫度計(jì)的直徑溫度計(jì)的侵入水中的深度侵入水的體積13.0 V0.90 A0.672 cm2.832 cm1 A表三 （通電時(shí)）t(min)0123456789T29.3230.2031.0231.8032.6033.3033.9034.4535.0335.52 A表四 (斷電后)t(min)10111213141516171819T35.4035.3035.2035.1035.0034.9034.8034.7134.6034.48202122232425262728293034.3934.2834.1834.0733.9833.8833.7833.6933.6033.5033.403132333435363738394033.3033.2033.1133.0132.9232.8432.7532.6532.5332.46實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 由牛頓冷卻散熱定律要先求出散熱時(shí)的傾斜率。即要求出與時(shí)間的關(guān)系可得下表t(min)101112131415161718191.9201.9051.8901.8751.8601.8441.8281.8131.7951.77520212223242526272829301.7601.7411.7231.7031.6861.6681.6491.6311.6131.5931.573313233343536373839401.5521.5301.5111.4881.4681.4491.4281.4041.3741.356由表可以得下圖圖A根據(jù)上表和圖A可以求出斜率可得出斜率對(duì)曲線逐點(diǎn)進(jìn)行散熱修正可得t(min)029.32130.2029.760.0210.02129.78231.0230.610.0370.05830.67331.8031.410.0510.10931.52432.6032.200.0650.17432.37533.3032.950.0790.25233.20633.9033.600.0900.34233.94734.4534.180.1010.44334.61835.0334.740.1110.55435.29935.5235.280.1210.67535.96經(jīng)過(guò)散熱修正后的系統(tǒng)溫度為=35.96 從而可得水的比熱容由（4）式可得=40.58參考值為=41.73不同電流強(qiáng)度下的測(cè)量B表一筒和攪拌器的質(zhì)量?jī)?nèi)加熱電阻絲系統(tǒng)質(zhì)量水的質(zhì)量環(huán)境溫度內(nèi)筒和攪拌器的比熱容加熱電阻絲系統(tǒng)的比熱容130.2g20.4g208.0g28.58902.88392.92B表二電壓電流溫度計(jì)的直徑溫度計(jì)的侵入水中的深度侵入水的體積11.5V0.80A0.672 cm3.020cm1.07 B表三 （通電時(shí)）T(min)012345T29.3029.8230.4531.0231.6532.20678910111232.7033.3433.7834.2334.7035.1235.50 B表四 （斷電后）t(min)131415161718192021T35.4035.3035.1835.1034.9734.9034.8034.7234.582223242526272829303134.5034.4034.2834.2034.1034.0033.8733.8033.6733.58323334353637383933.5033.4033.3033.2233.1333.0032.9132.80對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理t(min)131415161718192021222.0011.9881.9711.9601.9421.9321.9171.9051.8841.87223242526272829303132331.8561.8371.8251.8081.7921.7701.7581.7351.7191.7051.6863435363738391.6681.6521.6351.6091.5911.569由表可得下圖，圖B圖B可得出斜率 對(duì)曲線進(jìn)行逐點(diǎn)散熱修正可得下表029.30129.8229.560.0210.02129.58230.4530.140.0320.05330.19331.0230.740.0410.09430.83431.6531.340.0520.14631.48532.2031.930.0620.20832.13632.7032.450.0700.27832.73733.3433.020.0810.35933.38833.7833.560.0880.44734.01934.2334.010.0960.54334.551034.7034.470.1040.64735.111135.1234.910.1110.75935.671235.5035.310.1180.87636.19經(jīng)過(guò)散熱修正后的系統(tǒng)溫度為=36.19 從而可得水的比熱容由（4）式可得=40.28參考值為=41.73注意事項(xiàng)1） 在測(cè)量系統(tǒng)溫度過(guò)程中要不斷攪拌，使溫度計(jì)的所顯示的示數(shù)，能代表系統(tǒng)的溫度2）溫度計(jì)不要太靠近加熱電阻絲，注意攪拌器，加熱電阻絲，量熱器，內(nèi)筒之間不要短路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 進(jìn)過(guò)A、B組對(duì)比，由此可見(jiàn)水的比熱容不隨電流強(qiáng)度而改變，它和所給的參考值有一定的差異是正常的，科學(xué)的，因?yàn)閰⒖贾凳羌儍羲谋葻崛?，而我們?shí)驗(yàn)所用的水是自來(lái)水，里面雜質(zhì)比較多，（比如漂白粉）所以小于參考值是真實(shí)的，應(yīng)該的。還有外界環(huán)境也不是穩(wěn)定不變的，要是量熱器周?chē)沫h(huán)境溫度波動(dòng)較小，可以把量熱器放置在一個(gè)相對(duì)環(huán)境溫度變化不大的地方，比如說(shuō)可放置在加有適當(dāng)水的水盆中。所用的溫度計(jì)為水銀溫度計(jì)，它