物理化學實驗報告：恒溫水浴的組裝及其性能測試

1、恒溫水浴的組裝及其性能測試一.實驗目的：1.了解恒溫水浴的構(gòu)造及其工作原理，學會恒溫水浴的裝配技術(shù)。2.測繪恒溫水浴的靈敏度曲線。3.掌握貝克曼溫度計的調(diào)節(jié)技術(shù)和正確使用方法。二.實驗原理：許多物理化學數(shù)據(jù)的測定，必須在恒溫度下進行。欲控制被研究體系的某一溫度，通常采用取兩種方法：一是利用物質(zhì)的相變點溫度來實現(xiàn)；另一種是利用電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對加熱器或制冷器的工作狀態(tài)進行自動調(diào)節(jié)，使被控對象處于設(shè)定溫度下，本試驗的恒溫水浴就是一種常用控溫裝置，它通過電子繼電器對加熱器自動調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)恒溫目的。當恒溫浴因熱量向外擴散等原因使體系溫度低于設(shè)定值時，繼電器迫使加熱器工作，到體系再次達到設(shè)定溫度時，又自動

2、停止加熱。這樣周而復始，就可以使體系溫度在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。普通恒溫水浴的結(jié)構(gòu)是由浴槽、溫度計、攪拌器、加熱器、接觸溫度計（或稱導電表）和繼電器等部分組成。其裝置如下圖1.1：恒溫水浴工作原理的簡述：1、浴槽：浴槽包括容器和液體介質(zhì)。如果要求設(shè)定的溫度與室溫相差不大，通?？捎?0dm3的圓形玻璃鋼做容器，若設(shè)定的溫度較高（或較低），則應對整個槽體保溫，以減小熱量傳遞速度，提高恒溫精度。恒溫水浴以蒸餾水為工作介質(zhì)。如對裝置稍作改動并選用其他合適液體為工作介質(zhì)，則上述恒溫可在較大范圍內(nèi)使用。2、溫度計：觀察恒溫浴的溫度可選用分度值為0.1攝氏度的水銀溫度計，而測量恒溫浴的靈敏度事應采用貝克曼溫度

3、計。溫度計的安裝位置應盡量靠近系統(tǒng)。所用的水銀溫度計讀數(shù)都應加以校正。3、攪拌器：攪拌器以小型電動機帶動，其功率可選40W，用變速器或變壓器來調(diào)節(jié)攪拌速度。攪拌器一般應安裝在加熱器附近，使熱量迅速傳遞，以使槽內(nèi)各部位溫度均勻。4、加熱器：在要求設(shè)定溫度比室溫高的情況下，必須不斷供給熱量以補償水浴向環(huán)境散失的熱量。電加熱器的選擇原則是熱容量小、導熱性能好、功率適當。5、接觸溫度計:接觸溫度計又稱水銀導電表。其結(jié)構(gòu)如右圖。水銀上部焊有金屬絲，溫度計上半部有另一金屬絲，兩者通過引出線接到繼電器的信號反饋端。接觸溫度計的頂部有一磁性螺旋調(diào)節(jié)帽，用來調(diào)節(jié)金屬絲觸點的高低。同時，從溫度計調(diào)節(jié)指示螺母在標尺

4、上的位置可以估讀出大致的控溫設(shè)定溫度值。浴槽溫度升高時，水銀膨脹并上升至觸點，繼電器內(nèi)線圈通電產(chǎn)生磁場，加熱線路彈簧片跳開，加熱其停止加熱。隨后浴槽熱量向外擴散，使溫度下降，水銀收縮并與觸點脫離，繼電器的電磁效應消失，彈簧片彈回，而接通加熱器回路，系統(tǒng)溫度又開始回升。這樣接觸溫度計反復工作，而使系統(tǒng)溫度得到控制，可以說它是恒溫浴的中樞，對恒溫起著關(guān)鍵作用。6、繼電器：繼電器必須與加熱器和接觸溫度計相連，才能起到控溫作用。實驗室常用的繼電器有電子管繼電器和晶體管繼電器。衡量恒溫水浴的品質(zhì)好壞，可以用恒溫水浴靈敏度來衡量。通常以實測的最高溫度值與最低溫度值之差的一半數(shù)值來表示其靈敏度。恒溫槽靈敏度

5、的測定是在指定溫度下觀察溫度的波動情況。該實驗用較靈敏的數(shù)字貝克曼溫度計、在定的溫度下，記錄溫度隨時間的變化。如記最高溫度為t1，最低溫度為t2，恒溫槽的靈敏度為： S=±（t1-t2）/2靈敏度常以溫度為縱坐標、以時間為橫坐標繪制成溫度時間曲線來表示，如圖所示。 圖中是幾種典型的控溫靈敏度曲線，曲線c是加熱器功率過大，熱惰性小引起的較指定溫度t高的超調(diào)量；d是加熱功率太小，或槽浴散熱太快，引起較指定溫度t低的低調(diào)量；曲線b是加熱器功率適中，但熱惰性大引起的較指定溫度t高(或低)的超調(diào)量，需更換較靈敏的溫度控制器；曲線a加熱器功率適當，熱惰性亦小，溫度波動小的較理

6、想情況。由于外界因素干擾的隨機性，實際控溫靈敏度曲線要復雜些。三.實驗儀器：水銀接觸溫度計，水銀溫度計，攪拌器，加熱器，貝克曼溫度計，繼電器，停表四.實驗步驟：1.將蒸餾水灌入浴槽至容積的五分之四，先安裝加熱器，再安裝攪拌器，接觸溫度計，繼電器，溫度計2.調(diào)節(jié)恒溫水浴設(shè)定溫度。假定室溫25，設(shè)定實驗溫度為40，旋動磁性螺旋調(diào)節(jié)帽，使溫度指示螺母位于大約38處，接通電源，開啟加熱器和攪拌器令其工作，注視溫度計讀數(shù)，當達到38左右時，根據(jù)顯示器的溫度顯示，再次轉(zhuǎn)動磁性螺旋調(diào)節(jié)帽，緩慢加熱，使溫度升至40為止。3.恒溫水浴靈敏度曲線的測定當恒溫水浴的溫度在40上下波動時，每隔兩分鐘記錄一次貝克曼溫度

7、計的讀數(shù)，將數(shù)據(jù)整理列表。五.數(shù)據(jù)處理：1.列表記錄實驗數(shù)據(jù)時間由0-60分鐘每隔兩分鐘記錄數(shù)字一次?？販卦?8左右，實驗溫度40。間隔時間/min溫度/間隔時間/min溫度/間隔時間/min溫度/240.0822239.8254239.937439.9982439.9974439.846639.9162640.0474640.064839.8282839.9674839.9831040.0893039.8205039.8961240.0043240.0385239.9221439.9173440.0315439.9421639.8253639.8585639.9371840.0663840.

8、0785839.8472039.9814040.0226040.0652.恒溫水浴的靈敏度曲線，并從靈敏度曲線中確定其靈敏度靈敏度大約為±0.043。3.根據(jù)靈敏度曲線，對組裝的恒溫水浴性能進行評價。溫度為40時，恒溫水浴靈敏度較好。六.問題思考：1.影響恒溫浴靈敏度的因素主要有哪些？答：恒溫介質(zhì)流動性好傳熱性能好，控溫靈敏度就高；加熱器功率要適宜，熱容量要小，控溫靈敏度就高；攪拌器的攪拌速度足夠大，保證恒溫槽內(nèi)溫度均勻；繼電器電磁吸引電建，后者發(fā)生機械作用的時間越短，斷電時線圈中的鐵芯剩磁越小，控溫靈敏度就高；電接點溫度計熱容小，對溫度的變化敏感，則靈敏度高；環(huán)境溫度與設(shè)定溫度的差

9、值越小，控溫效果越好。2.欲提高恒溫浴的控溫精度，應采取什么措施？答：介質(zhì)的流動性好，功率適宜，攪拌器速要足夠大，接觸式溫度計熱容小，對溫度變化敏感。3.恒溫槽恒溫的原理是什么? 答：恒溫槽之所以能夠恒溫，主要是依靠恒溫控制器來控制恒溫槽的熱平衡。當恒溫槽的熱量由于對外散失而使其溫度降低時，恒溫控制器就驅(qū)使恒溫槽中的電加熱器工作。待加熱到所需要的溫度時，它又會使其停止加熱，使恒溫槽溫度保持恒定。 4.如何提高恒溫槽的靈敏度?試加以分析討論。 答：靈敏度的高低是衡量恒溫槽恒溫優(yōu)劣的主要標志。它不僅與溫控儀所選擇的感溫元件、繼電器、接觸式溫度計等靈敏度有關(guān)，而且與攪拌器的效率、加熱器的功率、恒溫槽的大小等因素有關(guān)。加熱器與攪拌器應放得近一些。這樣利于熱量的傳遞。感溫元件探頭應放在合適的位置并與槽中的溫度計相近，以正確地確定溫控儀面板上的指示溫度并且不宜放置得太靠近邊緣。5.恒溫槽內(nèi)各處的溫度是否相等?為什么? 答：恒溫槽內(nèi)各處的溫度不相等，因為加熱時僅僅是依靠電熱絲的發(fā)熱使水的局部溫度升高，然后由于熱量的傳遞才使水的其它部分溫度升高。七.實驗總結(jié)： 1.注入恒溫介質(zhì)必須適量，太滿會外