冷却法测量金属比热容误差探讨.doc

冷却法测量金属比热容误差探讨    实验原理及实验仪器简介冷却法测量金属比热容是应用牛顿冷却定律,以某种已知的金属样品比热容为标准去测量待测金属的比热容‘’]。测量表达式如下:m一e一公2爪,tZ勺二而牙砚)一二c,不万;已知标准金属样品的比热容为。:,质量m:;待测样品的比热容为。2,质量为mZ,假定定温6恒定而样品的温度改变值相同,只要测量两种金属样品下降同样的温度所需时间,:、t:就可以求出待测的金属材料的比热cZ。本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,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向上移走,让样品在样品室(防风筒)内自然冷却。测量样品温度采用钢一康铜做成的圈‘~型冷却法金属比热容洲,仪热电偶(/℃),将热电偶的冷端置于冰水混合物中,热端处于样品室的底座上,插人被测样品内的小孔中与待测样品直接充分接触。在较小的温差范围内,热电偶的电动势近似为E二。(T一T0),式中T为热端(样品)的温度,T0为冷端(冰水混合物)的温度,。为温差系数。将热电偶带有测量扁叉的一端接到测试仪的“输人”端,由数字电压表显示的二V数即可换算成对应待测温度值。2,,给测量结果带来误差根据测量原理,要求样品周围空气的温度不变,即6恒定,但实际情况并非如此。对某样品,如铜,需测童其温度从102℃下降到98℃所用的时间。在大学物理实验中进行直接测盘的次数为5‘N‘10,而每次测童为了让样品的温度均匀稳定,一般将样品加热到150℃,然后移走加热装置,盖上防风盖让样品在防风筒内冷却,当样品温度降至102℃开始计时,降至98℃停止计时。从样品开始冷却到计时停止大概需要4ees分钟,而同一样品要反复多次测量,显然样品室内的空气在不断吸收热量,温度肯定是上升的。如果一个样品测完后接着测另一样品,如铁,则测量铁时室温变为6’,且6’>口,因此对侧量式进行修正为:cZ==C-,:‘2(T一口‘)’,2‘:(T一口)‘(由牛顿冷却定律推导而来,可见参考文献【1〕)。.‘,、,*,*。。‘,“。,,‘二口,_,,。(T一6’)J‘_.,,、,‘们又习百气~谬是f宁石P产匕1甲,乍七曰北尧f宁石F曰一!月龙兀r口刀一币义几,,肠F下气:《1,乃叮以个干气I一口)品室内空气温度的升高使得测量值较实际值偏大。,沿着传感器的长度方向将产生热流,当环境温度低时就会有热损失t21。致使热电偶与被测对象的温度不一致而产生测温误差。总之,由热传导而引起的误差,与插人深度有关,而插人深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好,其擂人深度应该深一些(约为直径的15一20倍),陶瓷材料绝热性能好,可擂人浅一些(约为直径的10一巧倍)。另外,在本实验中,若保温杯先装一定的水,然后加人冰块,如果加人的冰块不多,在初始阶段保温杯内的温度并不均匀,由于冰浮在水上,靠近上端温度较下端低,改变热电偶冷端插人的深度会发现电压表显示的读数会发生变化。因此保温杯中要适当多加人冰块;热电偶的冷端要尽量插在冰水混合均匀的位置。