試談用混合量熱法測定冰的熔解熱

1、用混合量熱法測定冰的熔解熱 【目的的要求】 1 正確使使用量熱熱器，熟熟練使用用溫度計(jì)計(jì)； 2 用混混合量熱熱法測定定冰的熔熔解熱； 3 進(jìn)行行實(shí)驗(yàn)安安排和參參量選取??； 4 學(xué)會會一種粗粗略修正正散熱的的方法抵償償法。 【引言言】物質(zhì)質(zhì)從固相相轉(zhuǎn)變?yōu)闉橐合嗟牡南嘧冞^過程稱為為熔解。一一定壓強(qiáng)強(qiáng)下晶體體開始熔熔解時的的溫度稱稱為該晶晶體在此此壓強(qiáng)強(qiáng)下的熔熔點(diǎn)。對對于晶體體而言，熔熔解是組組成物質(zhì)質(zhì)的粒子子由規(guī)則則排列向向不規(guī)則則排列的的過程，破破壞晶體體的點(diǎn)陣結(jié)結(jié)構(gòu)需要要能量，因因此，晶晶體在熔熔解過程程中雖吸吸收能量量，但其其溫度卻卻保持不不變。物物質(zhì)的某某種晶體體熔解成為為同溫度度的液體體

2、所吸收收的能量量，叫做做該晶體體的熔解解潛熱。單單位：。本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)用混合合量熱法法測定冰冰的熔解解熱。其其基本做做法如下下：把待待測系統(tǒng)統(tǒng)A與某某已知熱熱容的系系統(tǒng)B相相混合，并并設(shè)法使使其成為為一個與與外界無無熱量交交換的孤孤立系統(tǒng)統(tǒng) C=A+BB。這樣樣A（或或B）所所放出的的熱量將將全部為為B（或或A）所所吸收，因因而滿足足熱平衡衡方程：(188.1)已知知熱容的的系統(tǒng)在在實(shí)驗(yàn)過過程中所所傳遞的的熱量 Q是可可以由其其溫度的的改變 及其熱熱容C33 計(jì)算算出來的的：(18.2)于是是，待測測系統(tǒng)在在實(shí)驗(yàn)過過程中所所傳遞的的熱量即即可求得得。冰的的熔解熱熱也就可可以據(jù)此此測定。由上所述，保持

3、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)是混合量熱法所要求的基本實(shí)驗(yàn)條件。為此，整個實(shí)驗(yàn)在量熱器內(nèi)進(jìn)行，同時要求實(shí)驗(yàn)者本人在測量方法及實(shí)驗(yàn)操作等方面去設(shè)法保證。當(dāng)實(shí)驗(yàn)過程中系統(tǒng)與外界的熱量交換不能忽略時，就必須作一定的散熱修正。 【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)原理】質(zhì)量量M 、溫溫度的冰冰塊與質(zhì)質(zhì)量m、溫溫度 的的水相混混合，冰冰全部熔熔解為水水后，測測得平衡衡溫度為為。假定定量熱器器內(nèi)筒與與攪拌器器的質(zhì)量量分別為為 m11、m22 ，其其比熱容容分別為為 c11和 cc2；數(shù)數(shù)字式溫溫度計(jì)之之測溫傳傳感器器（鉑電電阻測溫溫探頭）自自身熱容容甚小，可可忽略不不計(jì)；水水及冰的的比熱容容分別為為c 和和ci（在在4000范圍圍內(nèi)， ）；冰冰

4、的熔點(diǎn)點(diǎn)為。則則由熱平平衡方程程可得：本本實(shí)驗(yàn)條條件下，冰冰的熔點(diǎn)點(diǎn)可認(rèn)為為是0，也可可選取冰冰塊的溫溫度= 0。于是是，冰的的熔解熱熱可由下式式求出：(118.33)由于于量熱器器的絕熱熱條件并并不十分分完善，實(shí)實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)系統(tǒng)并并非嚴(yán)格格的孤立立系統(tǒng)，所所以，在在做精密密測量時，就就需設(shè)法法求出實(shí)實(shí)驗(yàn)過程程中系統(tǒng)統(tǒng)與外界界交換的的熱量，以以作適當(dāng)當(dāng)?shù)纳釤嵝拚?。本?shí)驗(yàn)介紹一種粗略修正散熱的所謂抵償法。其依據(jù)是牛頓冷卻定律。當(dāng)系統(tǒng)的溫度高于環(huán)境溫度時，它就要散失熱量。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)溫差較?。ㄒ话悴怀^15K ）時，（非自然對流）系統(tǒng)的散熱制冷速率與溫差成正比。此即牛頓冷卻定律：(18.4)其中，

5、dq 表dt 時間內(nèi)系統(tǒng)與外界交換的熱量。比例系數(shù)k 為一個與系統(tǒng)表面積成正比并隨表面輻射本領(lǐng)而變的常數(shù)，稱為散熱常數(shù)。其物理意義為：單位溫差下，單位時間的熱量損失。其單位為：。負(fù)號的意義表示當(dāng)系統(tǒng)溫度高于環(huán)境溫度時散失熱量，即：，系統(tǒng)向外界放出熱量；反之，系統(tǒng)從外界吸收熱量。在實(shí)驗(yàn)過程中，如果恰當(dāng)?shù)貙⑾到y(tǒng)的初溫和末溫分別選擇在室溫的兩側(cè)，即：，并且使整個實(shí)驗(yàn)過程中系統(tǒng)與外界的熱量傳遞前后彼此抵消，則可以達(dá)到散熱修正之目的。量熱器中水溫隨時間的變化應(yīng)該是一條指數(shù)下降的曲線，如圖18-1所示。對式(18.4)求積分，即可得到由t1到t2（對應(yīng)溫度及）時間內(nèi)，整個系統(tǒng)與外界交換的熱量其中，表示示圖

6、188-1中中的陰影影面積。由上式可見，當(dāng) 時，實(shí)驗(yàn)過程中系統(tǒng)與外界交換的熱量 q。因此，只要適當(dāng)?shù)剡x擇參數(shù)，使曲線與環(huán)境溫度 直線圍成的兩塊面積近似相等，即：，就可以使系統(tǒng)很好地近似為一個孤立系統(tǒng)。由曲線可知，欲使 ，就必須使。實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)做出明確的計(jì)劃，實(shí)驗(yàn)中注意選取及適當(dāng)調(diào)整參數(shù)m, M及 等，使?jié)M足上式。但應(yīng)注意到 的條件，否則，冰將不能全部熔解。 【儀器器用具】量熱熱器，NNTY-2A型型數(shù)字式式溫度計(jì)計(jì)（225.001225.00） ，物物理天平平（或電電子天平平)，玻玻璃皿，干拭布，冰及熱水等。 【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)內(nèi)容】測定定冰熔解解熱的操操作步驟驟由學(xué)生生自己安安排。粗粗選參數(shù)數(shù)，先進(jìn)進(jìn)行

7、一次次實(shí)驗(yàn)，在在分析情情況和結(jié)結(jié)果的基基 礎(chǔ)上上，調(diào)整整并確定定m、及及M 的的大致數(shù)數(shù)值，然然后仔細(xì)細(xì)地重復(fù)復(fù)實(shí)驗(yàn)。為為進(jìn)行散散熱修正正，由投投冰始，每每間 隔110-220s記記錄一次次溫度，直直至由溫溫度的變變化可以以確認(rèn)冰冰已全部部溶解為為止。如如改用溫溫度傳感感器并配配合適 當(dāng)接接口，則則可由微微機(jī)自動動記錄t關(guān)系系曲線。 【注意意事項(xiàng)】 1 室溫應(yīng)應(yīng)取實(shí)驗(yàn)驗(yàn)前、后后的平均均值；水水的初溫溫，可高高出室溫溫約100 155 ；配置置溫水時時，又應(yīng)應(yīng)略高于 約約1 2 （為什什么？）。 2 嚴(yán)守天平的操作規(guī)則。 3 投冰前應(yīng)將其拭干，且不得直接用手觸摸；其質(zhì)量不能直接放在天平盤上稱衡，

8、而應(yīng)由投冰前、后量熱器連同水的質(zhì)量差求得。 4 注意掌握讀取初溫的時機(jī)。為測準(zhǔn) ，可在投冰前每隔一定時間（如1min）讀，取45個點(diǎn)，再記下冰著水面的時間，即可用外推法較準(zhǔn)確地確定出。 5 為使溫度計(jì)示值確實(shí)代表系統(tǒng)的真實(shí)溫度，整個實(shí)驗(yàn)過程中（包括讀取前）要不斷輕輕地進(jìn)行攪拌（攪拌的方式應(yīng)因攪拌器的形狀而異）。 6 注意維護(hù)停表，使用各按鈕時動作要輕。 7 上課時，要備直角坐標(biāo)紙及鉛筆，以便分析數(shù)據(jù)、調(diào)整參數(shù)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 【考查查題】 11混合合量熱法法所要求求的基本本實(shí)驗(yàn)條條件是什什么？本本實(shí)驗(yàn)是是如何得得到滿足足的？ 2本本實(shí)驗(yàn)中中的“熱力學(xué)學(xué)系統(tǒng)”是由哪哪些組成成的？量量熱器內(nèi)內(nèi)筒、外外筒、溫溫度計(jì)、攪攪拌器等等都屬于于該熱力學(xué)系系統(tǒng)嗎？ 3冰塊投投入量熱熱器之前前應(yīng)做好好哪些準(zhǔn)準(zhǔn)備工作作？投冰冰時應(yīng)注注意什么么？ 44若粗粗測后發(fā)發(fā)現(xiàn)面積積，則它它說明了了什么？應(yīng)怎樣樣改變條條件重做做？ 55下述述諸量：及M何何時測量量？怎樣樣測量？ 6怎樣由由系統(tǒng)溫溫度的變變化推斷斷冰已全全部溶解解？末溫溫是如何何確定的的？作圖圖時對應(yīng)應(yīng)末溫的的時刻tt2應(yīng)如何確確定？ 7哪哪些因素素會影響響 測