金屬比熱容的測(cè)量

金屬比熱容的測(cè)量一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私馀ｎD冷卻定律；掌握冷卻法測(cè)金屬比熱容的方法。二實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)牛頓冷卻定律，用冷卻法測(cè)定金屬的比熱容是量熱學(xué)中常用方法之一。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100°C或200°C時(shí)的比熱容。通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解金屬的冷卻速率和它與環(huán)境之間的溫差關(guān)系以及進(jìn)行測(cè)量的實(shí)驗(yàn)條件。單位質(zhì)量的物質(zhì)，其溫度升高1K(1°c)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M］的金屬樣品加熱后，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/At關(guān)系式：孕=CM1券 ⑴式中^為該金屬樣品在溫度e時(shí)的比熱容，個(gè)為金屬樣品在e時(shí)的溫度下降速率。根據(jù)冷卻定律有：1絲=as(e-e)m (2)At111o式中a1^熱交換系數(shù)，S1^該樣品夕卜表面的面積，m為常數(shù)，e1為金屬樣品的溫度，e0為周圍介質(zhì)的溫度。由式(1)和(2)，可

得：CM也=as（e-9）. ⑶iiAt 111 0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：Aecm—2=as(e-e)m22At 222 0由上式（3）和（4），可得:Ae 2Ae 2CM—22At_a2s2(e2-e0)ma。 as(e-e)m所以:C2C2=C1~Aem—^as(e-e)mm-k2as(e_e)m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），而周圍介質(zhì)（空氣）的性質(zhì)當(dāng)然也不變，則有31=32。于是當(dāng)周圍介質(zhì)溫度不變（即室溫e恒定而樣品又處于相同溫度e=e=e）時(shí)，上式可以簡(jiǎn)化為:C2=C］營(yíng)M2（在）2如果已知標(biāo)準(zhǔn)金屬樣品的比熱容^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。幾種金屬材料的比熱容見(jiàn)表1：

\比熱容溫度0C\CFe(cal/(goc))CAl(cal/(goc))CCu(cal/(goc))100oC0.1100.2300.0940三實(shí)驗(yàn)裝置：（如下圖所示）其中A）熱源，采用75瓦電烙鐵改制而成，利用底盤(pán)支掌固定并可上下移動(dòng)；B）實(shí)驗(yàn)樣品，是直徑5mm，長(zhǎng)30mm的小圓柱，其底部鉆一深孔便于安放熱電偶，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，顯示用三位半面板表；G）冰水混合物。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、用銅-康銅熱電偶測(cè)量溫度，而熱電偶的熱電勢(shì)采用溫漂極小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)查表即可換算成溫度。2、 選取長(zhǎng)度、直徑、表面光潔度盡可能相同的三種金屬樣品(銅、鐵、鋁)用物理天平或電子天平秤出它們的質(zhì)量 M。。再根據(jù)MCu>MFe>MAl這一特點(diǎn)，把它們區(qū)別開(kāi)來(lái)。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102oc時(shí)開(kāi)始記錄，測(cè)量樣品由102°C下降到98°C所需要時(shí)間攵。按鐵、銅、鋁的次序，分別測(cè)量其溫度下降速度，每一樣品得重復(fù)測(cè)量5次。因?yàn)楦鳂悠返臏囟认陆捣秶嗤?M=1O20C-980C=40C)所以公式(5)可以簡(jiǎn)化為：C=C吃(*)22iM(At)五■實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：1.記錄三種金屬樣品的質(zhì)量2.記錄并填