大学物理实验讲义样本.doc

试验1冷却法测量金属比热容依据牛顿冷却定律用冷却法测定金属或液体比热容是量热学中常见方法之一。若已知标准样品在不一样温度比热容,经过作冷却曲线可测得多种金属在不一样温度时比热容。本试验以铜样品为标准样品,而测定铁、铝样品在100℃时比热容。经过试验了解金属冷却速率和它和环境之间温差关系,和进行测量试验条件。热电偶数字显示测温技术是目前生产实际中常见测试方法,它比通常温度计测温方法有着测量范围广,计值精度高,能够自动赔偿热电偶非线性原因等优点;其次,它电量数字化还能够对工业生产自动化中温度量直接起着监控作用。【试验目标】1、用冷却法测定金属比热容;2、学习用热电偶测量温度原理及方法。【试验仪器】冷却法金属比热容测量仪,铜—康铜热电偶,停表,冰块等。【试验原理】单位质量物质,其温度升高1K(或1℃)所需热量称为该物质比热容,其值随温度而改变。将质量为M1金属样品加热后,放到较低温度介质(比如室温空气)中,样品将会逐步冷却。其单位时间热量损失()和温度下降速率成正比,于是得到下述关系式:(-1)(-1)式中为该金属样品在温度时比热容,为金属样品在温度下降速率,依据冷却定律有:(-2)(-2)式中为热交换系数,S1为该样品外表面面积,m为常数,为金属样品温度,为周围介质温度。由式(-1)和(-2),可得(-3)同理,对质量为M2,比热容为另一个金属样品,可有一样表示式:(-4)由式(-3)和(-4),可得:所以假设两样品形状尺寸全部相同(比如细小圆柱体),即S1=S2;两样品表面情况也相同(如涂层、色泽等),而周围介质(空气)性质当然也不变,则有。于是当周围介质温度不变(即室温θ0恒定),两样品又处于相同温度时,上式能够简化为:(-5)假如已知标准金属样品比热容、质量M1;待测样品质量M2及两样品在温度时冷却速率之比,就能够求出待测金属材料比热容。多个金属材料比热容见表1:表1比热容温度℃CFe(cal/g℃)CA1(cal/g℃)Ccu(cal/g℃))100℃【试验仪器】-1DH4603型冷却法金属比热容测量仪本试验装置由加热仪和测试仪组成。加热仪加热装置可经过调整手轮自由升降。被测样品安放在有较大容量防风圆筒即样品室内底座上,测温热电偶放置于被测样品内小孔中。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,预防因长久不切断加热电源而引发温度不停升高。测量试样温度采取常见铜-康铜做成热电偶(其热电势约为),测量扁叉接到测试仪“输入”端。热电势差二次仪表由高灵敏、高精度、低漂移放大器放大加上满量程为20mV三位半数字电压表组成。试验仪内部装有冰点赔偿电器,数字电压表显示mV数可直接查表换算成对应待测温度值。【试验内容】开机前先连接好加热仪和测试仪,共有加热四芯线和热电偶线两组线。1、选择长度、直径、表面光洁度尽可能相同三种金属样品(铜、铁、铝)用物理天平或电子天平秤出它们质量M0。再依据MCu>MFe>MA1这一特点,把它们区分开来。2、使热电偶端铜导线(即红色接插片)和数字表正端相连;康铜导线(即黑色接插片)和数字表负端相连。当样品加热到150℃()时,切断电源移去加热源,样品继续安放在和外界基础隔绝有机玻璃圆筒内自然冷却(筒口须盖上盖子),统计样品冷却速率。具体做法是统计数字电压表上示值约从降到所需时间(因为数字电压表上值显示数字是跳跃性,所以只能取周围值),从而计算。按铁、铜、铝次序,分别测量其温度下降速度,每一样品应反复测量6次。因为热电偶热电动势和温度关系在同一小温差范围内能够看成线性关系,即,式(-5)能够简化为:3、仪器加热指示灯亮,表示正在加热;假如连接线未连好或加热温度过高(超出200℃)造成自动保护时,指示灯不亮。升到指定温度后,应切断加热电源。4、注意:测量降温时间时,按“计时”或“暂停”按钮应快速、正确,以减小人为计时误差。5、加热装置向下移动时,动作要慢,应注意要使被测样品垂直放置,以使加热装置能完全套入被测样品。【数据处理和分析】样品质量:Mcu=g;MFe=g;MA1=g。热电偶冷端温度:℃(单位为S)表1次数样品123456平均值△tFeCuA1以铜为标准:u=/(gK)铁:Cal/(gK)铝:Cal/(gK)下面是一组实测数据,来举例数据处理和分析。样品质量:Mcu=;MFe=;MA1=。(单位为S)表2次数样品12345平均值△tCu(S)