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比热容的测量
工程物理系工物22 方侨光 022041
实验目的
学****测量液体比热容的原理和方法;
了解量热实验中产生误差的因素及减少误差的措施
实验原理
当一个孤立的热学系统从一个平衡态(温度T1)到达另一个平衡态(温度T2),如果系统中没有发生化学变化或者相的转变,则该系统获得的热量为
其中,mi为组成该系统各种物质的质量,ci为相应物质的比热容。
在量热器内安装电热丝,通以电流,在时间τ内电热丝放出的热量为
其中,U为加在电热丝两端的电压,R为电热丝的电阻。
在测量过程中如果没有热量散逸,就有
其中,m是量热器中所盛放的待测液体的质量,c为其比热容,W为系统里除水以外所有器具的热容量所折合成水所相当的热容,也即“水当量”。
于是我们有:
就每一次不同的mi,上式记作:
上式左侧为个次测量中量热系统的总热容Ci,于是:
于是我们知道总热容Ci和质量mi成线性关系,斜率就是比热容,截距就是水当量W。
但是在实验过程中,热量的散逸是存在的。在量热筒内外温差以及量热筒的初末温差不过大,可以用牛顿冷却定律进行散热修正。即:
式中T为系统温度,θ为环境温度,k为散热常数,在θ保持不变,且
时,对某一定质量的系统来说k为一常数。将上式积分得到:
实验过程中分为预备通电、通电加热和断电冷却三个阶段。利用上式可以对冷却段的数据进行处理求出k,利用k值,就可对曲线进行修正。记ΔTi为第i个时间间隔Δτ内因散热而降低的温度,则有:
其中可以认为。值得注意的是,各点降低的温度为此时刻以前所有降低温度的代数和,因而第i点温度修正值为:
那么修正后的第i点的温度为:
修正后的冷却曲线应几乎和时间轴平行,该段温度(或取平均值)就是量热器的末温T2,并且加热段开始时的温度就是初温T1。
实验注意事项