金屬比熱容的測(cè)定-講稿

金屬比熱容的測(cè)定指導(dǎo)教師：哈斯朝魯班級(jí)：13級(jí)物理學(xué)漢班學(xué)號(hào)：20131104373姓名：鄭武超1.通過(guò)本實(shí)驗(yàn)了解金屬冷卻速率和它與環(huán)境溫差之間的關(guān)系以及進(jìn)行測(cè)量的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)一步鞏固牛頓冷卻定律。2.掌握冷卻法測(cè)定金屬比熱容的方法，并以銅為標(biāo)準(zhǔn)樣品，測(cè)定鐵，鋁在100攝氏度時(shí)的比熱容。實(shí)驗(yàn)?zāi)康腅XPERIMENTTARGET

金屬比熱容測(cè)量?jī)x，精密電子天平,升降臺(tái)，熱源（電烙鐵）、銅-康銅熱電偶，金屬樣品（鐵，鋁，銅），防風(fēng)桶（加蓋），電源線，真空保溫杯，調(diào)零線，秒表，支架。實(shí)驗(yàn)儀器LABORATORYAPPARATUS

a.熱源,加熱采用75瓦電烙鐵改制而成，利用底盤支撐固定并可上下移動(dòng)（其電源由金屬比熱容測(cè)量?jī)x上的“熱源”開(kāi)關(guān)控制）；b.實(shí)驗(yàn)樣品，是直徑5mm,長(zhǎng)30mm的小圓柱，其底部深孔中安放熱電偶（其熱電動(dòng)勢(shì)約0.042mV/℃），而熱電偶的冷端則安放在冰水混合物內(nèi)；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，其輸出電壓（溫度）由金屬比熱容測(cè)量?jī)x中的數(shù)字電壓表讀出]，顯示用三位半面板表；g.冰水混合物。實(shí)驗(yàn)裝置EXPERIMENTALINSTALLATION實(shí)驗(yàn)裝置如上圖所示，對(duì)測(cè)量試樣溫度采用常用的銅－康銅做成的熱電偶，當(dāng)冷端為冰點(diǎn)時(shí)，測(cè)量熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)差的二次儀表由高靈敏、高精度、低漂移的放大器加上三位半數(shù)字電壓表（放大電路的滿量程為20mV）組成，由數(shù)字電壓表顯示的mV數(shù)即對(duì)應(yīng)待測(cè)溫度值。加熱裝置可自由升降和左右移動(dòng)。被測(cè)樣品安放在大容量的防風(fēng)圓筒內(nèi)即樣品室，其作用保持高于室溫的樣品自然冷卻，這樣結(jié)果重復(fù)性好，可以減少測(cè)量誤差，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度。本實(shí)驗(yàn)可測(cè)量金屬在各種溫度時(shí)的比熱容（室溫到200℃）.單位質(zhì)量的物質(zhì)，其溫度升高1k（或1℃）所需的熱量叫做該物質(zhì)的比熱容，其值隨溫度而變化。將質(zhì)量為M1的金屬樣品加熱后，放到較低溫度的界質(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（△Q/△t）應(yīng)與溫度下降速率成正比（由于金屬樣品的直徑和長(zhǎng)度都很小，而導(dǎo)熱性能又很好，所以可認(rèn)為樣品各處的溫度相同），于是得到下述關(guān)系式：⑴式中，C1為該金屬樣品在溫度θ1時(shí)的比熱容，△θ1/△t為金屬樣品在溫度θ1時(shí)的溫度下降速率。根據(jù)牛頓冷卻定律有：

=α1S1（θ1-θ0）m⑵(1)實(shí)驗(yàn)原理EXPERIMENTTALPRINCIPLE

(2)式中，α1為熱交換系數(shù)，S1為該樣品外面的面積，m為與周圍界質(zhì)的狀況有關(guān)的系數(shù)，θ1為金屬樣品的溫度，θ0為周圍界質(zhì)的溫度。由式（1）和（2），可得：

（3）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：（4）由式（3）和（4），可得：所以：如果兩樣品的尺寸和形狀都相同（例如細(xì)小的圓柱體），即S1=S2；兩樣品表面狀況也相同（如涂層、色澤等），而周圍界質(zhì)（空氣）的性質(zhì)當(dāng)然也不便，則有α1=α2。于是，當(dāng)周圍介質(zhì)溫度不變（即室溫θ0恒定，兩樣品又處于相同溫度θ1=θ2=θ）時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為⑸

如果已知標(biāo)準(zhǔn)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θ時(shí)的溫度下降速率之比，就可求出待測(cè)的金屬比熱容C2

已知銅在100℃似的比熱容為：CCu=0.0940cal/（㎏?℃）一．必做部分：測(cè)量鐵和鋁在100℃時(shí)的比熱容1．用電子天平稱出各金屬樣品的質(zhì)量M。再根據(jù)這一特點(diǎn)，把它們區(qū)別開(kāi)來(lái)。對(duì)金屬比熱容儀進(jìn)行調(diào)零（輸入端直接用調(diào)零線相連，再用調(diào)零旋鈕）。2．使熱電偶熱端的銅導(dǎo)線與數(shù)字電壓表的正端相連；冷端的銅導(dǎo)線與數(shù)字電壓表的負(fù)端相連。實(shí)驗(yàn)用銅-康銅熱電偶測(cè)量溫度，而熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)采用低漂移的放大器和三位半數(shù)字電壓表，經(jīng)信號(hào)放大后輸入數(shù)字電壓表顯示的滿量程為20mV，讀出的mV數(shù)查附表即可換算成溫度。熱電偶的冷端插入冰水混合物中，熱端固定在防風(fēng)桶中，樣品放置在熱電偶的熱端。加熱后不要接觸熱電偶和待測(cè)樣品。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容EXPERIMENTCONTENT3．將樣品安置在防風(fēng)金屬筒內(nèi)，開(kāi)始加熱。加熱電烙鐵的電壓為4.83mV(溫度過(guò)高，鋁樣品將被熔化)。當(dāng)樣品加熱到120℃(當(dāng)數(shù)字電壓表讀數(shù)為5.2mV)時(shí)，切斷電源移去電烙鐵，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(筒口須蓋子)。當(dāng)溫度升到接近102℃時(shí)開(kāi)始記錄（測(cè)量樣品由102℃下降到98℃所需的時(shí)間），計(jì)算樣品的冷卻速率按鐵、銅、鋁的次序，分別測(cè)量其溫度下降速度，每樣品重

復(fù)測(cè)量5次。因?yàn)楦鳂悠返臏囟认陆捣秶嗤?)所以公式(2-5)可以簡(jiǎn)化為具體做法：可記錄電壓表值約從降到所需的時(shí)間

(因電壓表顯示數(shù)字值是跳躍性的，所以、只能取附近的值)，

從而計(jì)算。注意：熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫差的關(guān)系在同—小溫差范圍內(nèi)可看作線性關(guān)系，即

故：（1）在精密稱量過(guò)程中要先將天平調(diào)平，通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕使小水珠保持在圓環(huán)正中心。（2）在使用金屬比熱容測(cè)量?jī)x的時(shí)候要先進(jìn)行調(diào)零。（3）熱電偶的冷端必須實(shí)際接觸冰水混合物。（4）室溫盡量保持恒溫。（5）加熱后不許接觸銅-康銅熱電偶和待測(cè)樣品（6）金屬比熱容測(cè)量?jī)x在調(diào)零過(guò)程中要使示數(shù)恰好是0.00mV。（7）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后先關(guān)閉儀器開(kāi)關(guān)再關(guān)閉總開(kāi)關(guān)。（8）冰水混合物中冰塊要盡量碎小。注意事項(xiàng)銅-康銅熱電偶分度表樣品質(zhì)量：MCu=4.830g;MFe=4.280g;MAl=1.500g。熱電偶冷端溫度：=0。樣品由10