冷却法测量金属比热容论文.doc

冷却法测量金属比热容【摘要】金属比热容的测定是一个非常重要的实验,首先要了解实验的目的、原理和内容,得出数据和结论。虽然实验很简单,但这个内容在实际中应用非常广泛,在航空、航海、建筑等方面更是重中之重!所以我们要认真对待,掌握这门知识。以下是我对本实验的认识、总结和体会心得。【关键词】目的原理内容数据总结体会心得一实验目的1、学会用铜——康铜热电偶测量物体的温度。2、学会用冷却法测量金属的比热容。二实验原理单位质量的物质,其温度升高或降低1K(1℃)所需的热量,叫做该物质的比热容,其值随温度而变化。根据牛顿冷却定律,用冷却法测定金属的比热容是量热学常用方法之一。若已知标准样品在不同温度的比热容,通过作冷却曲线可测量各种金属在不同温度时的比热容。本实验以铜为标准样品,测定铁样品在100℃时的比热容。冷却法测定金属的比热容测量仪装置(实验装置由加热仪和测试仪组成。加热仪的加热装置可通过调节手轮自由升降。被测样品安放在有较大容量的防风圆筒即样品室内的底座上,测温热电偶放置于被测样品内的小孔中。当加热装置向下移动到底后,对被测样品进行加热;样品需要降温时则将加热装置移上。仪器内设有自动控制限温装置,防止因长期不切断加热电源而引起温度不断升高。)将质量为的金属样品加热后,放到较低温度的介质(例如室温的空气)中,样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失()与温度下降的速率成正比,于是得到下述关系式:(1)式中为该金属样品在温度时的比热容,为金属样品在的温度下降速率,根据冷却定律有:(2)式中为热交换系数为该样品外表面的面积,m为常数,为金属样品的温度,为周围介质的温度。由式(1)和(2),可得(3)同理对质量为,比热容为的另一种金属样品,可有同样的表达式:(4)由(3)和(4)式,可得:(5)所以(6)如果两样品的形状尺寸都相同,即;两样品的表面状况也相同(如涂层、色泽等),而周围介质(空气)的性质当然也不变,则有。于是当周围介质温度不变(即室温恒定而样品又处于相同温度)时,上式可以简化为:(7)如果已知标准金属样品的比热容质量;待测样品的质量及两样品在温度时冷却速率之比,就可以求出待测的金属材料的比热容。几种金属材料的比热容见表1,实验装置(如上图)。表1比热容温度100℃,共有加热器芯线和热电偶线两组线。使热电偶端的铜导线数字表的正端相连;冷端铜导线与数字表的负端相连。将热电偶温度计的冷端插入冰水混合物中(热端则固定在仪器的防风筒内),样品放置在热电偶的热端。选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三种金属样品(铜、铁、铝)用物理天平或电子天平秤出它们的质量。再根据这一特点,把它们区别开来。当样品加热到150℃()时,切断电源移去加热源,样品继续安放在与外界隔绝的金属圆筒内自然冷却(筒口须盖子)。当温度降到接近102℃()时开始记录,测量样品102℃下降到98℃()所需要时间。按铁、铜的次序,分别测量其温度下降速度,每一样品得重复测量5次。因为各样品的温度下降范围相同(Δθ=102℃-98℃=4℃)所以公式(7)可以简化为:(8)四实验数据样品质量:热电偶冷端温度:0℃样品由102℃下降到98℃所需时间(单位