混合法測冰的熔化熱

1、圖3-1 焦耳子秒表或機械秒表等。圖3-2量熱器圖3-3量熱器結(jié)構(gòu)圖圖3-4電子天平混合法測冰的熔化熱【實驗簡介】溫度測量和量熱技術(shù)是熱學(xué)實驗的中最基本問題。本實驗主要學(xué)習(xí)利用量熱學(xué)的實驗方法混合法測量冰的熔化熱。量熱學(xué)是以熱力學(xué)第一定律為理論基礎(chǔ)的，它所研究的范圍就是如何計量物質(zhì)系統(tǒng)隨溫度變化、相變、化學(xué)反應(yīng)等吸收和放出的熱量。量熱學(xué)的常用實驗方法有混合法、穩(wěn)流法、冷卻法、潛熱法、電熱法等。本實驗應(yīng)用混合發(fā)測冰的熔化熱，使用 的基本儀器為量熱器。由于實驗過程中量熱器不可避免地要參與外界環(huán)境的熱交換而散失對 熱量，因此，本實驗采用牛頓冷卻定理克服和消除熱量散失對實驗的影響，以減小實驗系統(tǒng)誤差。

2、詹姆斯 普雷斯科特 焦耳一一生平簡介(1818-1889)焦耳是英國著名物理學(xué)家，1818年12月24日生于英國曼徹斯特。他研究 的實驗成果有焦耳-楞次定律，焦耳氣體自由膨脹實驗、焦耳 -湯姆孫效應(yīng)、焦耳熱 功當(dāng)量實驗、焦耳熱等。焦耳于18401850年進(jìn)行的熱功當(dāng)量實驗為熱力學(xué)第一定律的科學(xué)表述奠定了基礎(chǔ)。1889年10月11日焦耳在塞爾逝世，終年71歲為了紀(jì)念他對科學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)，國際計量大會將能量、功、熱量的單位命名為焦耳?！緦嶒?zāi)康摹?、掌握基本的量熱方法 一一混合法；2、測定冰的熔化熱；3、學(xué)習(xí)消除系統(tǒng)與外界熱交換影響量熱的方法?！緦嶒瀮x器和用具】量熱器(BDI-302A型)，數(shù)字溫度

3、計(SN2202或DM-T )或水銀溫度計(050C , 0.1 C)、 燒杯、電子天平(YJ6601 )、冰柜、或恒溫數(shù)顯水浴鍋、保溫桶、小量筒(10ml,0.5ml)、電【實驗原理】（3-1）電子天平圖3-5(3-2)1、熱平衡方程式在一定壓強下，固體發(fā)生熔化時的溫度稱為熔化溫度或熔點，單位質(zhì)量的固態(tài)物質(zhì)在熔點時完全 熔化為同溫度的液態(tài)物質(zhì)所需要吸收的熱量稱為熔 化熱，用L表示，單位為J/Kg或J/ g。將質(zhì)量m,溫度為0 c的冰塊置入量熱器內(nèi)， 與質(zhì)量為m0,溫度為t0的水相混合，設(shè)量熱器內(nèi)系 統(tǒng)達(dá)到熱平衡時溫度為 t1。若忽略量熱器與外界的 熱交換，根據(jù)熱平衡原理可知，冰塊熔化成水并升

4、 溫吸熱與水和內(nèi)筒等的降溫放熱相等。即：mL mC0tl =（m0C0 m1cl m2C2）（t0 -t1） 解得冰的熔化熱為：,1 ,L = （m0C0 EG m2c2）（t0-ti）-C0ti mC0 =4.18J/(g 0C)為水,m2C2是溫度計插入上式中：m為冰的質(zhì)量，為量熱器內(nèi)筒中所取溫水的質(zhì)量, 的比熱，m1, C1為量熱器內(nèi)筒及攪拌器的質(zhì)量和比熱（二者同材料）水中部分的熱容（對水銀溫度計 m2C2=1.9V,V數(shù)值上等于溫度計插入水中體積的毫升數(shù)，單位為J/°C ;對數(shù)字溫度計的 m2c2可不計。），t0,t1為投冰前、后系統(tǒng)的平衡溫度。實驗中可測出m,八，m, m2

5、c2, t。%的值，G, G為已知量，故可以求出 L的值。2、初溫與末溫的修正上述結(jié)論是在假定冰熔化過程中，系統(tǒng)與外界沒有熱交換的條件。實際上，只要有溫度差異就必然有熱交換的存在。因此必須考慮如何防止或進(jìn)行修正熱散失的影響。第一，冰塊在投入量熱器水中之前要吸收熱量，這部分熱量不容易修正，應(yīng)盡量縮短投放時間。第二，引起測量誤差最大的原因是10,匕這兩個溫度值，這是由于混合過程中量熱器與環(huán)境有熱交換。若to大于環(huán)境溫度9 , t1小于9 ,則混合過程中，系統(tǒng)對外先是放熱， 后是吸熱，至使溫度計讀出的初溫t0和混合溫度t1都與無熱交換時的初溫度和混合溫度有差 異，因此，必須對to和t1進(jìn)行修正。修正

6、方法用圖解法進(jìn)行?？疾焱侗?、冰融化過程和冰 全部融化后持續(xù)的三個階段內(nèi)的水溫隨時間的變化情況，作出時間溫度曲線（ABCDE）。實驗時，從投冰前5分鐘開始，每30秒測一次水溫，直至冰完全熔化后 5分鐘為止， 中間測時、測溫不間斷。將記錄的時間溫度，在二維坐標(biāo)上先描出點，再將點連成連續(xù)的曲線ABCDE ,如圖3-6示：圖中AB為投冰前的放熱線（近似為直線），BCD為熔化 時的曲線，DE為熔化后的吸熱線（近似為直線），B、D兩點為為溫度計實測的投冰前后 的系統(tǒng)初、末溫度。下面討論對曲線ABCDE的處理方法，可以采取兩種方法。方法一、在BCD段找出與室溫0對應(yīng)的點C,過C作一 條垂直于時間軸的垂線

7、FG,分別與AB、ED的延長線交于 F、 Go在冰熔化的過程中，當(dāng)水溫高于室溫前（ BC段），量熱器 一直在放熱，故混合前的理論初溫值應(yīng)該低于投冰前的測量溫 度值（B點值）；同理，水溫低于室溫后（CD段），量熱器從 環(huán)境吸熱，故熔化完的理論溫度要低于溫度計顯示的最低溫度 值（D點值）。如果圖中BCF , CDG兩部分的面積近似相等 （一 般需要多次實驗改變參數(shù)，才可以達(dá)到較好的近似），根據(jù)牛頓冷卻定律，可近似認(rèn)為系統(tǒng)與環(huán)境的吸、放熱相消，從而達(dá)到良好的減小系統(tǒng)誤差的效果。此時，可取F點和G點的溫度值表示冰塊熔化前和熔化后的系統(tǒng)溫度t0和t。方法二、若方法一作出的 BCF, CDG兩部分面積相差

8、叫大，我們可以采取以下方法： 作線段FG垂直于時間軸，分別與 AB、ED的延長線交于 F、G,且使BCF與CDG兩部分面積相等，也可取 F點和G點的溫度值表示冰塊熔化前和熔化后的系統(tǒng)溫度 b和匕1。其道理是，新的溫度曲線ABFGDE （折線）與實驗溫度曲線 ABCDE是等價的，而表示熔化過程的FG段過程極短，故可以認(rèn)為是絕熱的。1、用天平稱量熱器內(nèi)筒及攪拌器的質(zhì)量mi ,并確認(rèn)其材料性質(zhì)，若為銅制取【實驗內(nèi)容及要求】Ci = 0.39J /(g oC),若為鋁制取 Ci = 0.90J /(goC)。2、在內(nèi)筒中注入高于室溫恰當(dāng)溫度的水，約為內(nèi)筒容積3/5,稱量其總質(zhì)量 mi+m。，求出所取水

9、的質(zhì)量 m0,安裝好儀器裝置，并放置三分鐘左右。（注：取水溫和室溫之差，與 C0mo+C1mm、環(huán)境及儀器裝置等有關(guān).）3、研究投冰前、冰融化過程和冰全部融化后系統(tǒng)內(nèi)水溫的變化情況。不斷地、輕輕地用攪拌器攪拌內(nèi)筒中的水，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)溫度相對穩(wěn)定時，開始測量筒中水溫的變化并計時，即在讀出第一個溫度值的那一刻作為秒表的計時零點，以后每 30秒記錄一次 水溫，直至測溫結(jié)束。在秒表顯示約5分鐘時，敏捷地將擦干水的 0C的冰放在量熱器內(nèi)，然后將量熱器按裝好，動作要迅速，繼續(xù)攪拌、測溫，直至溫度降到最低，再緩慢回升45分鐘為止，才停止計時、測溫。特別注意，在整個測溫過程中：要用量熱器不斷的緩慢攪拌內(nèi)筒中的水；

10、從測溫開始到測溫結(jié)束這段時間內(nèi)，秒表開始計時后，不可回零，也不可以暫停。4、稱量m, +n +m總質(zhì)量，求出冰的質(zhì)量；找出溫度計浸入水中的位置，用小量筒 測出其浸入水中部分的體積；交指導(dǎo)教師檢查數(shù)據(jù)后，將儀器擦干水，整理復(fù)原。5、根據(jù)上述第3步記錄的數(shù)據(jù)，在二維直角坐標(biāo)紙上作出類似于原理圖的時間溫度曲線，由圖讀出F、G點對應(yīng)的溫度值分別為 品和11的值。6、求出冰的熔化熱及其相對誤差（與標(biāo)準(zhǔn)值334J/g相比），并分析誤差來源，提出改進(jìn)辦法。【數(shù)據(jù)記錄與處理1、測質(zhì)量m、V：mi = ,mi / =,m0 =(叫+m0) -m( = , m(+m0+m= m = +m0 +m) -(mi +m

11、0) = ,(做完實驗內(nèi)容3以后再測m)V= (J/°C)。2、冰塊熔化前后水溫隨時間的變化：（打時間（min）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.5溫度（C）時間（min）8.08.59.09.510.010.511.011.512.012.513.013.514.014.515.015.5溫度（C）由以上數(shù)據(jù)作圖可得：t0 =, t1=。（要附上你所測的原始數(shù) 據(jù)和所作的圖）；3、計算L ;【實驗注意事項】1、如果電子天平的移動，需重新調(diào)平和校準(zhǔn)，稱量物體時，待測物應(yīng)放在秤盤中央，嚴(yán)禁 放置超過最大稱量的物體，嚴(yán)禁用手按壓秤盤

12、。2、量熱器中溫度計位置要適中，可適當(dāng)插入水中深一點，因為冰塊浮在水面，致使水面局 部溫度較低。3、整個測溫過程中，攪拌器都應(yīng)持續(xù)地緩慢攪拌，動作不應(yīng)過大過快，以防止有水濺出， 投冰應(yīng)迅速且無水濺出。4、測溫過程的計時是持續(xù)的，不間斷的。5、實驗應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，要保持環(huán)境溫度基本恒定?！舅伎碱}】1、分析一下，在本實驗中還有哪些具體原因使你的測量產(chǎn)生誤差？2、你認(rèn)為如何實現(xiàn)投冰前使冰處于冰點溫度0C?3、試設(shè)計一個用混合法測定金屬塊比熱的實驗方法？附錄3-1電子天平的使用說明電子天平使用各種壓力傳感器將壓力變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，放大后再通過A/D轉(zhuǎn)換直接用數(shù)字顯示出來。電子天平使用方便，操作簡單，現(xiàn)

13、在市售電子天平精密天平的分度值為 1mg,電子分析天平的分度值達(dá)到0.1mg,本校實驗使用的電子天平的分度值為0.1g ,稱量1000g。操作規(guī)則：1、天平的負(fù)載不得超過其最大稱量。2、使用前進(jìn)行校準(zhǔn)3、稱量時物放中央附錄3-2 DM-T數(shù)字溫度計使用說明DM-T 數(shù)字溫度計是由單片機和 DS18B20字溫度傳感器組成。它具有反應(yīng)快、低能耗、 高性能、抗干擾能力強等特點。適合實驗室中對溫度作較精確的測量。（1）主要技術(shù)指標(biāo)輸入電壓：AC220V ± 10%、50Hz 測量范圍：-50C125c 分辨率：0.06C（2）儀器結(jié)構(gòu)及使用說明前面板由三部分組成，從右到左依次為電源開關(guān)、傳感器接口、數(shù)字顯示器，后面板上 有保險和電源插座。1、電源開關(guān)：電源開關(guān)扳向上，電源接通，數(shù)碼管點亮，儀器工作； 開關(guān)扳向下，電源斷開，儀器停止工作。2、連接溫度傳感器：將溫度傳感