固体比热容.doc

固体比热容的测量
生命科学院 PB05207009 王一莘
【实验简介】
19世纪,随着工业文明的建立与发展,特别是蒸汽机的诞生,量热学有了巨大的进展。经过多年的实验研究,人们精确地测定了热功当量,逐步认识到不同性质的能量(如热能、机械能、电能、化学能等)之间的转化和守恒这一自然界物质运动的最根本的定律,成为19世纪人类最伟大的科学进展之一。从今天的观点看,量热学是建立在“热量”或“热质”的基础上的,不符合分子动理论的观点,缺乏科学内含。但这无损量热学的历史贡献。至今,量热学在物理学、化学、航空航天、机械制造以及各种热能工程、制冷工程中都有广泛的应用。
比热容是单位质量的物质升高(或降低)单位温度所吸收(或放出)的热量。比热容的测定对研究物质的宏观物理现象和微观结构之间的关系有重要意义。
本实验采用混合法测固体(锌粒)的比热容。在热学实验中,系统与外界的热交换是难免的。因此要努力创造一个热力学孤立体系,同时对实验过程中的其他吸热、散热做出校正,尽量使二者相抵消,以提高实验精度。
 
【实验原理】
n 混合法测比热容
设一个热力学孤立体系中有种物质,其质量分别为,比热容为()。开始时体系处于平衡态,温度为,与外界发生热量交换后又达到新的平衡态,温度为,若无化学反应或相变发生,则该体系获得(或放出)的热量为
假设量热器和搅拌器的质量为,比热容为,开始时量热器与其内质量为m的水具有共同温度,把质量为的待测物加热到后放入量热器内,最后这一系统达到热平衡,终温为。如果忽略实验过程中对外界的散热或吸热,则有
式中c为水的比热容。代表温度计的热容量,其中V是温度计浸入到水中的体积。
n系统误差的修正
在量热学实验中,由于无法避免系统与外界的热交换,实验结果总是存在系统误差,有时甚至很大,以至无法得到正确结果。所以,校正系统误差是量热学实验中很突出的问题。为此可采取如下措施:
l     要尽量减少与外界的热量交换,使系统近似孤立体系。此外,量热器不要放在电炉旁和太阳光下,实验也不要在空气流通太快的地方进行。
l     采取补偿措施,就是在被测物体放入量热器之前,先使量热器与水的初始温度低于室温,但避免在两热器外生成凝结水滴。先估算,使初始温度与室温的温差与混合后末温高出室温的温度大体相等。这样混合前量热器从外界吸热与混合后向外界放热大体相等,极大地降低了系统误差。
l     缩短操作时间,将被测物体从沸水中取出,然后倒入量热器筒中并盖好的整个过程,动作要快而不乱,减少热量的损失。
l     严防有水附着在量热筒外面,以免水蒸发时带走过多的热量。
l     沸点的校正。在实验中,我们是取水的沸点为被测物体加热后的温度,但压强不同,水的沸点也有所不同。为此需用大气压强计测出当时的气压,-1查出沸点的温度。
采取以上措施后,散热的影响仍难以完全避免。被测物体放入量热器后,水温达到最高温度前,整个系统还会向外散热。所以理论上的末温是无法得到的。这就需要通过实验的方法进行修正:在被测物体放入量热器前4-5min就开始测度量热器中水的温度,每隔1min读一次。当被测物体放入后,温度迅速上升,。直到升温停止后,温度由最高温度均匀下降时,恢复每分钟记一次