質(zhì)量熱容的測(cè)量(別人的)

實(shí)驗(yàn)1.7質(zhì)量熱容的測(cè)量基科22張家琳實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)測(cè)量液體質(zhì)量熱容的原理和方法了解量熱實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的因素以及減少誤差的措施實(shí)驗(yàn)原理質(zhì)量熱容的定義熱容C的定義：質(zhì)量熱容c的定義：“水當(dāng)量”修正量熱系統(tǒng)里除被測(cè)對(duì)象以外的其他器具也具有熱容，但他們的熱容往往顯著小于被測(cè)對(duì)象的熱容，因此為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將他們?nèi)空酆铣梢欢ㄙ|(zhì)量的“水”所相應(yīng)的熱容，稱之為“水當(dāng)量”。修正以后的公式為：在具體實(shí)驗(yàn)中，由于各個(gè)器具的質(zhì)量以及質(zhì)量熱容不容易測(cè)量，可以利用直線擬和的方法來(lái)處理，即用幾組不同質(zhì)量的待測(cè)煤油，分別測(cè)出相應(yīng)的總熱容，再擬和直線求出斜率（即為質(zhì)量熱容），此時(shí)截距就是“水當(dāng)量”此時(shí)公式為散熱修正雖然實(shí)驗(yàn)時(shí)當(dāng)量熱筒內(nèi)外溫差以及量熱筒的初態(tài)、末態(tài)溫差比較小時(shí)，可以近似使用牛頓公式，但由于牛頓公式只在強(qiáng)迫對(duì)流情況下成立，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的自然對(duì)流條件，用一般對(duì)流換熱公式進(jìn)行散熱修正比較合適?？紤]到裝置結(jié)構(gòu)的具體條件，取模型公式如下：冷卻方程：方程解為：擬和直線方程：周圍散熱以及電熱熱源影響修正電熱功率—邊界散熱的熱流量=總熱容*升溫速率數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 記內(nèi)外溫差為，則上式變?yōu)? 進(jìn)行近似展開后可以得到：具體計(jì)算利用計(jì)算機(jī)完成。鎳鉻考銅熱電偶的溫差電勢(shì)公式鎳鉻考銅熱電偶的溫差電勢(shì)公式近似為：可以利用EXCEL程序進(jìn)行計(jì)算。加熱絲電阻的測(cè)量利用電壓比較法進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)不要將煤油直接倒入恒溫控制器的大筒內(nèi)。首次煤油質(zhì)量不要太小，要能夠浸沒加熱絲以及攪拌葉片。最高溫差電勢(shì)不要超過(guò)1.500mV。實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)量4~6組不同煤油質(zhì)量的“升溫”曲線。分別測(cè)出升溫過(guò)程中的時(shí)間以及與對(duì)應(yīng)時(shí)刻溫差u關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)（即溫差電勢(shì)dV和參考端水箱內(nèi)的溫度）?？販胤y(cè)量常量的值注意要在溫差基本保持不變的情況下進(jìn)行測(cè)量比較法測(cè)量加熱絲電阻假定加熱絲電阻在測(cè)量過(guò)程中改變很?。丛撾娮桦娮柚惦S溫度變化很?。?shù)據(jù)處理（第3套實(shí)驗(yàn)儀器）原始數(shù)據(jù)記錄（2月28日）1.16組不同煤油質(zhì)量的“升溫”曲線123456煤油質(zhì)量m/g232278.6337.8410.4479.4532.3水均溫23.623.723.723.923.923.9加熱電壓U/V15.1115.0314.6318.0717.8617.67溫差電勢(shì)/mV時(shí)間通電前0.2600.3480.4250.5920.7350.2590.3460.4220.5890.7310.2570.3450.4210.5860.727通電0.0560.2780.3600.4400.6000.7410.0780.2960.3740.4580.6140.7540.1010.3180.3880.4820.6300.7680.1250.3380.4040.5060.6480.7810.1470.3570.4190.5200.6620.7930.1700.3750.4320.5400.6760.8060.1930.3950.4470.5600.6910.8190.2170.4110.4620.5780.7060.8300.2400.4300.4750.5960.7240.8440.2640.4490.4890.6170.7390.8580.2870.4670.5020.6380.7520.8720.3110.4870.5170.6560.7690.8830.3350.5040.5310.6730.7840.8940.3570.5210.5460.6910.7990.9040.3780.5370.5590.7080.8110.9160.5570.5730.7300.8230.9280.746斷電后0.3790.5500.5720.7440.8180.9220.3750.5460.5690.7390.8150.9180.3700.5410.5670.7340.8090.9120.3660.5370.5610.7290.8030.9060.3640.5570.7250.7990.9000.3600.553注：表格中的數(shù)據(jù)每30秒記錄一次。 通電前與斷電后的數(shù)據(jù)可以用于進(jìn)行散熱修正的分析，本實(shí)驗(yàn)報(bào)告中沒有使用?？販胤y(cè)量常量的值輸入水溫＝23.8加熱電阻＝26.30恒溫電壓V＝8.50V恒溫電勢(shì)mV＝0.905mV水溫電勢(shì)=1.4220Kc==0.0953比較法測(cè)量加熱絲電阻5.206.336.867.568.389.0211.1612.2013.2114.5126.026.426.726.226.02.數(shù)據(jù)處理2.16組不同煤油質(zhì)量的“升溫”曲線數(shù)據(jù)處理煤油質(zhì)量電壓斜率相關(guān)系數(shù)升溫測(cè)量值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差組號(hào)m/gU/VbRP*b/J*Ks(b)/b第1組232.015.1174.670.999856648.220.45%第2組278.615.0387.200.999914748.990.34%第3組337.814.63110.630.999943900.310.27%第4組410.418.0784.030.9997641043.300.56%第5組479.417.86102.210.9997681238.010.56%第6組532.317.67117.620.9996961396.330.64%注：上表是利用.27.140上的excel程序進(jìn)行處理得到的。再利用公式對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合處理。得到：相關(guān)系數(shù)r=0.998斜率k=2.458質(zhì)量m/g質(zhì)量m/g不確定度分析根據(jù) 可以得到斜率的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差又t(4)=2.78 六心得體會(huì)1．關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程熱電偶對(duì)溫度非常敏感，因此要注意兩個(gè)輸出端處除了接數(shù)字電壓表外不要與其他物體接觸。測(cè)加熱絲電壓以及比較法測(cè)加熱絲電阻前，要保證數(shù)字毫伏標(biāo)短接時(shí)讀數(shù)小于0.010mV加熱電壓選取要合適，既不能使升溫過(guò)程太快（攪拌不均勻，量熱器內(nèi)各處溫度不一致，會(huì)引入較大的誤差），也不能使升溫過(guò)程太慢，不利于看清物理規(guī)律，影響到數(shù)據(jù)處理以及最后的不確定度大小。關(guān)于實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一些現(xiàn)象現(xiàn)象：在升溫過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)熱電偶電壓呈現(xiàn)出一定周期性的讀數(shù)波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至對(duì)小數(shù)點(diǎn)后第二位都會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。在我自己做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)量第一組數(shù)據(jù)（質(zhì)量為232.0g）時(shí)幾乎沒有任何數(shù)據(jù)波動(dòng)，而其它五組數(shù)據(jù)都有比較嚴(yán)重的讀數(shù)波動(dòng)情況，對(duì)讀數(shù)準(zhǔn)確造成了比較大的影響。熱電偶出現(xiàn)電壓波動(dòng)，直接反映了系統(tǒng)內(nèi)部的溫度有波動(dòng)，熱交換過(guò)程不穩(wěn)定，下面就幾種可能造成對(duì)流、散熱等熱交換過(guò)程不穩(wěn)定的情況作一些簡(jiǎn)要的定性分析。分析一：剛通電時(shí)，系統(tǒng)尚未達(dá)到穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，這種讀數(shù)波動(dòng)并不隨時(shí)間流逝而消失，而是在一組數(shù)據(jù)的整個(gè)測(cè)量過(guò)程都存在（一組數(shù)據(jù)大約需要10分鐘以上的升溫過(guò)程）。因此可以認(rèn)為主要不是因?yàn)橥娭笠欢螘r(shí)間內(nèi)系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的。分析二：由攪拌不均勻造成的系統(tǒng)內(nèi)部熱交換不穩(wěn)定。如果攪拌器位置過(guò)高，由于第一組數(shù)據(jù)中的煤油質(zhì)量最小，可能會(huì)造成攪拌器只在液面上部攪拌，造成對(duì)流不穩(wěn)定。但是，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中卻發(fā)現(xiàn)，第一組數(shù)據(jù)讀數(shù)時(shí)最為穩(wěn)定。如果攪拌器位置過(guò)低，同樣也會(huì)有這樣的現(xiàn)象發(fā)生，但后5組數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)讀數(shù)波動(dòng)情況基本一致，沒有明顯的波動(dòng)幅度變大現(xiàn)象發(fā)生。觀察過(guò)攪拌器位置之后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)煤油質(zhì)量較大時(shí)，攪拌器確實(shí)處于比較低的位置，但因?yàn)槠湮恢迷诩訜峤z附近，應(yīng)能比較有效的加快對(duì)流。分析三：升溫過(guò)程過(guò)快，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部溫度不均勻。實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，6次升溫過(guò)程的升溫幅度分別為：每30秒23，19，14，20，16，13mV左右。而根據(jù)熱電偶溫差電勢(shì)公式，T二次方對(duì)溫差電勢(shì)的影響大約只占T一次方對(duì)其影響的百分之一到百分之二，定性分析可以近似認(rèn)為溫差電勢(shì)的增加與溫度的增加成正比關(guān)系。從這里可以看到，第一組數(shù)據(jù)的升溫過(guò)程相對(duì)較快，但其讀數(shù)卻最為穩(wěn)定。因此可以認(rèn)為主要不是因?yàn)樯郎剡^(guò)程過(guò)快所導(dǎo)致的。分析四：內(nèi)外溫差大，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)外部散熱不均勻，以及可能由此導(dǎo)致的對(duì)流不均勻。我認(rèn)為這可能是造成讀數(shù)不穩(wěn)定的一個(gè)比較重要的原因。由于降溫過(guò)程比較緩慢，實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量完一組數(shù)據(jù)之后并不是降溫后再進(jìn)行測(cè)量。因此每組數(shù)據(jù)都比前一組數(shù)據(jù)的溫度高，而當(dāng)內(nèi)外溫差較大、系統(tǒng)內(nèi)部溫度分布又不完全均勻時(shí)，散熱情況比較復(fù)雜，會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)部溫度出現(xiàn)波動(dòng)。在這一點(diǎn)上，由于熱學(xué)知識(shí)方面的欠缺，我不清楚實(shí)驗(yàn)中的內(nèi)外溫差是否確實(shí)會(huì)造成對(duì)流、散熱不穩(wěn)定。在具體讀數(shù)過(guò)程中，我采用了對(duì)5~6秒鐘內(nèi)取近似平均的方法進(jìn)行處理，但由于毫伏表數(shù)字波動(dòng)變化較快，讀數(shù)仍然比較困難。從最后數(shù)據(jù)處理結(jié)果來(lái)看，各組數(shù)據(jù)的線性性還可以，但最后結(jié)果不確定度比較大。關(guān)于數(shù)據(jù)測(cè)量與處理這次實(shí)驗(yàn)的基本原理比較簡(jiǎn)單。主要的系統(tǒng)誤差在于系統(tǒng)對(duì)外散熱所損失的熱量，系統(tǒng)誤差修正基本上是對(duì)這部分的修正，具體的修正原理見前“實(shí)驗(yàn)原理”。利用自然對(duì)流的冷卻公式以后進(jìn)行散熱修正比較復(fù)雜，因此數(shù)據(jù)處理主要通過(guò)計(jì)算機(jī)完成。這種情況下，散熱修正公式的準(zhǔn)確性比較重要，這點(diǎn)上，由于熱學(xué)知識(shí)的欠缺，無(wú)法做出恰當(dāng)?shù)姆治?。其他，由于測(cè)量方法對(duì)最后結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響的部分還有：加熱絲電阻的阻值：由于加熱絲電阻比較小（26歐姆左右），且處在分母位置上，因此電阻值如果有較大變化或者測(cè)量不準(zhǔn)確，對(duì)最終結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響。這包括兩個(gè)方面，一是由于溫度變化引起的阻值變化，二是比較法測(cè)量電阻時(shí)產(chǎn)生的誤差。其中后者，由于采用的數(shù)字電壓表，可以認(rèn)為內(nèi)阻確為無(wú)窮大，不確定度可以通過(guò)計(jì)算得到，約為阻值的1%，比起最后結(jié)果中的不確定度（僅為A類不確定度）基本沒有影響。攪拌器：攪拌過(guò)程中，攪拌器對(duì)液體做功，導(dǎo)致溫度上升。由于對(duì)流、散熱不均勻造成