冷卻法測金屬比熱容-Wang.ppt

冷卻法測量金屬的比熱容,大學物理實驗(1),深圳大學物理科學與技術學院 物理實驗教學中心,實驗目的,學習使用冷卻法測量金屬比熱容。 加深對比熱容、冷卻定律的理解。 掌握熱電偶測量溫度的原理與方法。,實驗原理,單位質量的物質，其溫度升高1K（1）所需的熱量叫做該物質的比熱容，其值隨溫度而變化。,國際單位：J/(kgK) 常用單位：cal/(kg)、 J/(kg) 、cal/(g),根據冷卻定律，樣品因對流而損失的熱量為：,熱交換系數,樣品外表面積,樣品溫度,環(huán)境溫度,常數 強迫對流為1，自然對流為1.25,牛頓冷卻定律-降溫方程:,這是一個 關于時間 的一階常微分方程。,對另外一金屬有：,兩式相比，整理有：,如果兩樣品形狀尺寸相同，,兩樣品表面狀況相同，周圍環(huán)境相同，,那么，當周圍介質溫度不變（即室溫 恒定而樣品又處于相同溫度 時），上式可以簡化為：,如果已知標準樣品的比熱容c1、質量M1；待測樣品的質量M2及兩樣品在溫度時冷卻速率之比，就可以求出待測的金屬材料的比熱容c2。,測量樣品（Fe和Al）在100時的比熱容。,實驗內容,Fe,Cu,Al,實驗儀器,實驗步驟,短接數字電壓表輸入接線柱，調零數字電壓表。 按實驗要求連接好加熱儀和熱電偶測試儀。 將實驗樣品套在容器內的熱電偶上，蓋上有機玻璃蓋，下降實驗架，使電烙鐵套在樣品上給樣品加熱。把樣品加熱到200（數字電壓表讀數8.20mV）時，斷開加熱開關。移去加熱源，使樣品在樣品室自然冷卻。,記錄試驗樣品溫度從102（數字電壓表讀數4.37mV）下降到98（數字電壓表讀數4.18mV）所需要時間t。 可按鐵、銅、鋁的次序，分別測量其溫度下降速度，每一樣品重復測量5次。,實驗步驟,注意事項,取換樣品時,用鑷子拿取,注意不要燙到手或電線 加熱器下降時注意樣品的位置 測量降溫時間時，按鍵動作要迅速，減小人為計時誤差,數據記錄,樣品從102（數字電壓表讀數4.37mV）下降到98（數字電壓表讀數4.18mV）所需要時間t:,已知樣品質量：Mcu=4.830g MFe=4.028g MAl=1.500g 100 時銅的比熱：ccu=0.094 cal/(g),數據處理,對t取平均值， =4 ，分別計算100 附近Fe、Cu、Al的降溫速率 根據式（12-6），計算Fe、Al的比熱容。,思考題,比熱容的定義是什么？單位是什么？ 根據式（12-6），測量比熱容的條件是什么？,謝謝！,附錄,熱電偶測溫原理：,熱電偶是利用溫差電效應制成的測溫元件，它是由兩種不同的金屬焊接而成的回路。當兩接點a、b的溫度不同時，在閉合回路中會產生電動勢，該電動勢稱為溫差電動勢 。,熱電偶測溫原理圖,詳細介紹,兩種不同的導體或半導體A和B組合成如圖所示閉合回路，若導體A和B的連接處溫度不同（設TT0），則在此閉合回路中就有電流產生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（Seeback）發(fā)現(xiàn),所以又稱西拜克效應。,熱電偶,回路中所產生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。,熱端,自由端,1. 接觸電勢,接觸電勢的大小與溫度高低及導體中的電子密度有關。,2. 溫差電勢,熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關；與熱電偶的長度、粗細無關。 導體材料確定后，熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數差。,為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數，必須使冷端溫度保持恒定（一般保持0 ）。,把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。為了避免冰水導電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管里