金属比热容的测定.doc

实验十金属比热容的测定
比热容是物质物理性质的重要参量,在研究物质结构、确定相变、鉴定物质纯度等方面起着重要作用。
测定物质的比热容可归结为,测量一定质量的该物质降低一定温度后所放出的热量。测量热量通常使用的仪器有:利用水的温度升高来测量热量的水量热器和利用冰的溶解来测热量的冰量热器。一般来说,它们比较适用于测定固体物质(如金属)的比热容。
比热容的精确测量需要很高的实验技巧,一方面由于要避免(和补偿)样品与环境之间的热传递是困难的;另外,这样的测量又极为重要。比热容随温度的变化,是了解物质分子能量最直接的途径,特别是低温物质,在现代物理学中是非常引人关注的。
【目的】
——混合法。
。
——修正温度。
【原理】
温度不同的物体混合之后,热量从高温物体传给低温物体,若与外界无热量交换,最后将达到一均匀稳定的平衡温度。将质量为m、温度为T1 、比热容为cx的金属块,投入量热器内筒中(设其与搅拌器的热容为C1 ),量热器内筒中水的质量为m0,其比热容为c0,初温度为T2 ,与金属块混合后的温度为T3,温度计插入水中部分的热容设为C2,根据热平衡原理,可列出
mcx(T3-T1)=(m0c0+C1+C2)(T2-T3) (3-1)
由此可得金属块的比热容
(3-2)
量热器和搅拌器多由相同物质制成,查表可求得其比热容c1,并计算出C1=m1c1,m1是量热器内筒和搅拌器的总质量。而C2=·℃-1,V是温度计插入水中的体积,单位是cm3;①。只要测m0、m、T1、T2、T3的值,就可由式(3-2)求得待测金属块的比热容cx值。
图3-1 温度-时间曲线
在上述混合过程中,系统实际上总要与外界交换热量,这就破坏了式(3-1)的成立条件。为消除其影响,需采用散热修正。本实验中热量散失的途径主要有3个方面。第一,若用预先加热金属块投入量热器的混合方法,则投入前有热量散失,且这部分热量不易修正,只能尽量缩短投放时间来解决。第二,将室温的金属块投入盛有温水的量热器中,混合过程中量热器向外散失热量,由此造成混合前水的初温与混合后水的终温不易测准。为此,绘制水的温度-时间曲线,根据牛顿冷却定律来修正温度。方法如下:若在实验中做出水的温度-时间曲线,如图3-1中的ABGCD所示,AB段表示混合前量热器及水的冷却过程;BC段表示混合过程;CD段表示混合后的冷却过程。通过G点做与时间轴垂直的一条直线,分别与AB、CD的延长线交于E和F点,使面积BEG与面积CFG相等,这样,E和F点对应的温度就是热交换进行得无限快的温度,即没有热量散失时混合前后的初温和终温。第三,量热器表面若存在水滴附着,会使其蒸发而散失较多热量,这可在实验前用干布擦净量热器来避免。
【仪器】
量热器,温度计(0 ℃~50 ℃, ℃),待测金属块,细线,物理天平,秒表,游标卡尺。
【实验内容与步骤】
待测金属块与水混合可有多种方法,本实验可采用将室温的金属块投入盛有温水的量热器中混合的方法。其散热修正采用以上论述修正温度的方法。
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①浸入到水中的温度计的热容计算如下:m汞c汞+m玻c玻=ρ汞V汞c汞+ρ玻V玻c玻
C2