金屬比熱容的測(cè)量

1、金屬比熱容的測(cè)量第1頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三實(shí)驗(yàn)原理：1.比熱容:單位質(zhì)量的物質(zhì)，其溫度升高1K(oC)所需的熱量叫做該物質(zhì)的比熱容，其值隨溫度而變化。2.牛頓冷卻定律：當(dāng)物體表面與周?chē)嬖跍囟炔顣r(shí)，單位時(shí)間從單位面積散失的熱量與溫度差成正比。第2頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三 根據(jù)牛頓冷卻定律，若已知標(biāo)準(zhǔn)樣品在不同溫度的比熱容，通過(guò)作冷卻曲線可測(cè)量各種金屬在不同溫度時(shí)的比熱容。本實(shí)驗(yàn)以銅為標(biāo)準(zhǔn)樣品，測(cè)定鐵、鋁樣品在100oC 或200oC時(shí)的比熱容。 第3頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三將質(zhì)量為M1的金屬

2、樣品加熱后，放到較低溫度的介質(zhì)(例如：室溫的空氣)中，樣品將會(huì)逐漸冷卻。其單位時(shí)間的熱量損失 ( )與溫度下降的速率成正比，于是得到下述關(guān)系式：式中C1為該金屬樣品在溫度 時(shí)的比熱容， 為金屬樣品在 時(shí)的溫度下降速率。第4頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三根據(jù)冷卻定律有：式中a1為熱交換系數(shù)，S1為該樣品外表面的面積，m為常數(shù)， 為金屬樣品的溫度， 為周?chē)橘|(zhì)的溫度。聯(lián)立以上兩式，可得：第5頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三同理，對(duì)質(zhì)量為M2，比熱容為C2的另一種金屬樣品，可有同樣的表達(dá)式：第6頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，

3、星期三 如果兩樣品的形狀尺寸都相同，即S1=S2；兩樣品的表面狀況也相同(如涂層、色澤等)，而周?chē)橘|(zhì)(空氣)的性質(zhì)當(dāng)然也不變，則有 。于是當(dāng)周?chē)橘|(zhì)溫度不變(即室溫 恒定而樣品又處于相同溫度 ) 時(shí)，上式可以簡(jiǎn)化為:第7頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三 如果已知標(biāo)準(zhǔn)金屬樣品的比熱容C1質(zhì)量M1；待測(cè)樣品的質(zhì)量M2及兩樣品在溫度 時(shí)冷卻速率之比，就可以求出待測(cè)的金屬材料的比熱容C2。第8頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三幾種金屬材料的比熱容見(jiàn)表1：(P200) 比熱容溫度CFe CAl CCu 1000.1100.230 0.0940單位：第9

4、頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三實(shí)驗(yàn)儀器介紹第10頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三 A、熱源、B、實(shí)驗(yàn)樣品（直徑5mm，長(zhǎng)30mm的小圓柱）、 C、銅-康銅熱電偶、D、熱電偶支架、 E、防風(fēng)容器、 F、三位半數(shù)字電壓表、G、冰水混合物組成。第11頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三第12頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三實(shí)驗(yàn)步驟：1.用銅-康銅熱電偶測(cè)量溫度，由數(shù)字電壓表mV數(shù)查表即可換算成溫度。2. 將三種金屬樣品(銅、鐵、鋁)用物理天平質(zhì)量M，再根據(jù)MCuMFeMAl這一特點(diǎn)，把它們區(qū)別開(kāi)來(lái)。

5、第13頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三 3.使熱電偶熱端的銅導(dǎo)線與數(shù)字表的正端相連；冷端銅導(dǎo)線與數(shù)字表的負(fù)端相連。當(dāng)數(shù)字電壓表讀數(shù)為某一定值即200 時(shí)，切斷電源移去電爐，樣品繼續(xù)安放在與外界基本隔絕的金屬圓筒內(nèi)自然冷卻(筒口須蓋上蓋子)。當(dāng)溫度降到接近102 時(shí)開(kāi)始記錄，測(cè)量樣品由102 下降到98 所需要時(shí)間 。按鐵、銅、鋁的次序，分別測(cè)量其溫度下降速度，每一樣品重復(fù)測(cè)量5次。第14頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三利用簡(jiǎn)化后的公式：計(jì)算鐵和鋁的比熱容 ，選取銅的比熱容0.0940cal/(goC)計(jì)算。第15頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月

6、20日，22點(diǎn)18分，星期三實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.將數(shù)據(jù)填入下表 次數(shù)樣品12345平均值誤差FeCuAl第16頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三2.利用公式：計(jì)算鐵和鋁的比熱容第17頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)18分，星期三溫度溫度012345678910熱 電 動(dòng) 勢(shì) (mV)00.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.3510.3910100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.7490.78910200.7890.8300.8700.9110.95

7、10.9921.0321.0731.1141.1551.19620301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.5691.61130401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.9922.03540502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.4242.46750602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.8642.90860702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.3123.35770803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.7673.81380903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.1374