金属比热容的测定.ppt

?实验目的?实验仪器?实验装置?实验原理?实验内容?注意事项?附表?实验数据?误差分析?1 通过本实验了解金属冷却速率和它与环境温差之间的关系以及进行测量的实验条件,进一步巩固牛顿冷却定律。?2掌握冷却法测定金属比热容的方法,并以铜为标准样品,测定铁,铝在 100 摄氏度时的比热容。?金属比热容测量仪,精密电子天平(型号: AR5120 ,量程: 510g ,精度: ), 升降台, 热源,铜-康铜热电偶,金属样品(铁,铝,铜) ,防风桶(加盖),电源线,真空保温杯,调零线,秒表,支架。图 2-1 a. 热源,加热采用 75瓦电烙铁改制而成,利用底盘支撑固定并可上下移动(其电源由金属比热容测量仪上的“热源”开关控制); b. 实验样品,是直径,长的小圆柱,其底部深孔中安放热电偶(其热电动势约),而热电偶的冷端则安放在冰水混合物内; c. 铜-康铜热电偶; d. 热电偶支架; e. 防风容器; f. 三位半数字电压表[其输出电压(温度)由金属比热容测量仪中的数字电压表读出],显示用三位半面板表; g. 冰水混合物。?实验装置如图 2-1 所示,对测量试样温度采用常用的铜-康铜做成的热电偶,当冷端为冰点时,测量热电偶热电动势差的二次仪表由高灵敏、高精度、低漂移的放大器加上三位半数字电压表(放大电路的满量程为)组成,由数字电压表显示的数即对应待测温度值。加热装置可自由升降和左右移动。被测样品安放在大容量的防风圆筒内即样品室,其作用保持高于室温的样品自然冷却,这样结果重复性好,可以减少测量误差,提高实验准确度。本实验可测量金属在各种温度时的比热容(室温到) . 单位质量的物质, 其温度升高 1k(或1℃) 所需的热量叫做该物质的比热容, 其值随温度而变化。将质量为 M 1 的金属样品加热后, 放到交底温度的界质( 列如室温的空气)中, 样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失( △ Q/△t )应与温度下降速率成正比(由于金属样品的直径和长度都很小,而导热性能又很好,所以可认为样品各处的温度相同) ,于是得到下述关系式: 1 1 1 Q CM t t ????? ?⑴式中,C 1 为该金属样品在温度θ 1 时的比热容,△θ 1/△t 为金属样品在温度θ 1 时的温度下降速率。根据牛顿冷却定律有: =α 1S 1(θ 1-θ 0) m⑵式中,α 1 为热交换系数,S 1 为该样品外面的面积,m为与周围界质的状况有关的系数, θ 1 为金属样品的温度, θ 0 为周围界质的温度。由式( 1 )和( 2) ,可得: ?? 1 11 1110 m CMas t ???????(3) 同理,对质量为 M 2 、比热容为 C 2 的另一种金属样品,可有同样的表达式: ?? 2 22 2220 m CMas t ???????(4) 由式( 3 )和( 4) ,可得: ???? m msa sat MC t MC 0111 0222111 222?????????????所以: ???? 1 1 222 0 2 1 2 2 111 0 mm Mas Mas t ?????????????如果两样品的尺寸和形状都相同(例如细小的圆柱体),即 S 1 =S 2 ;两样品表面状况也相同(如涂层、色泽等), 而周围界质(空气) 的性质当然也不便,则有α 1= α 2 。于是,当周围界质温度不便(即室温θ 0恒定),两样品又处于相同温度θ 1=θ 2=θ时,上式可简化为 11 2 1 22Mt C C Mt ???? ?? ??? ???? ?? ??? ?⑸如果已知标准样品的比热容 C 1、质量 M 1、待测样品的质量M 2 及两样品在温度θ时的温度下降速率之比, 就可求出待测的金属比热容 C 2 已知铜在 100 ℃似的比热容为:C Cu =/ (㎏·℃) 【实验内容】:测量铁和铝在 0 100C 时的比热容 1 .用电子天平称出各金属样品的质量 M 。再根据 CuFeAl MMM ??这一特点,把它们区别开来。[ 由于三种金属样品(铜、铁、铝) 表面均镀上相同的金属薄层( 表面光洁度尽可能相同) ,它们的长度、直径都相同,故难以直观分辨]。 2. 用铜- 康铜热电偶测量温度, 而热电偶的热电动势采用低漂移的放大器和三位半数字电压表, 经信号放大后输入数字电压表显示的满量程为 20mV, 读出的 mV 数查附表即可换算成温度。使热电偶热端的铜导线与数字电压表的正端相连; 冷端的铜导线与数字电压表的负端相连。