2020年固体比热容的测定研究资料.doc

固体比热容的测定研究孙庆斌摘要:本文研究了利用混合法测量固体比热容的测定原理以及改进方法,并用实验方法加以验证。通过实验数据的分析处理,讨论了实验误差的来源,主要对热散失、质量测量等方面引起的实验偶然误差提出实验改进方案,从而提高实验精度。关键词:固体比热容混合法热平衡原理DeterminationofspecificheatofsolidresearchSunQingbinAbstract:Inthispaper,weusethemixedmeasurementdeterminationofspecificheatofsolidprinciples,,wediscusethesourcesofexperimentalerror,mainlyadouttheheatloss,:SpecificheatofsolidMixedmethodHeatbalanceequation目录第1章绪论 3第2章混合法测量固体比热容 4实验原理 4实验内容 7按照公式测定系统中量热器的热容C 7按公式测定铜块的比热容c 8实验数据记录与处理 8第3章实验误差来源分析 10误差来源及补偿法修正温度 10影响实验结果的因素 11气体对流传热的影响 12搅拌器搅拌的影响 12水的质量大小对实验误差的影响 13水的初温高低对实验误差影响的分析 13铜块入水时的温度高低对实验误差影响 14第4章混合法测定固体比热容的改进方法 15总结 17致谢 17主要参考文献 18第1章绪论比热容亦称比热,是指单位质量物质的热容量,也是特定粒子(电子、原子、分子等)结构及其运动特性的宏观表现。我们能够从特定微观粒子的结构出发求算比热容,也能够根据实验测量比热容反过来联系和探索微观结构及其运动特性。比热容涉及质量、温度、热量、物质四个因素。对于一定质量物体比热容的大小与物体的性质有关,而且与物体的温度也有关。过程不同,比热容的值也不同。对于固态物质,在温度变化时要保持其体积不变,这是相当困难的。固体中讨论的热容量一般指定容比热容,它包括两方面的贡献:一是来源于金属振动的贡献,称为晶格比热容;一是来源于金属中自由电子热运动的贡献,称为电子比热容。比热容是化学家和物理学家共同关心的一个问题。比热容的测量对了解晶格振动、电子能带结构和能态密度、磁性材料中磁性离子的能级、固体中的相变(正常态和超导态转变)等都是有力的工具。不少科学家在测量比热容及有关理论方面作出过贡献。本文通过详细的资料收集以及严密的实验过程对固体比热容的测定做研究。第2章混合法测量固体比热容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:()即()量热器的热容能够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()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。量热器的热容也能够用混合法测量。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(),得即()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,能够采用热量出入相互抵消的方法,消除散热的影响