冷却法测金属比热容

1、实验目的实验目的 学习使用冷却法测量金属比热容。学习使用冷却法测量金属比热容。 加深对比热容、冷却定律的理解。加深对比热容、冷却定律的理解。 掌握热电偶测量温度的原理与方法。掌握热电偶测量温度的原理与方法。实验原理实验原理 单位质量的物质，其温度升高单位质量的物质，其温度升高1K1K（11）所）所需的热量叫做该物质的需的热量叫做该物质的比热容比热容，其值随温，其值随温度而变化。度而变化。 tMctQ111国际单位：国际单位：J/(kgK)J/(kgK)常用单位：常用单位：cal/(kg)cal/(kg)、 J/(kg) J/(kg) 、cal/(g)cal/(g) 根据冷却定律，样品因对流而损

2、失的热量根据冷却定律，样品因对流而损失的热量为：为： )(SatQ0111热交换热交换系数系数样品外表样品外表面积面积样品样品温度温度环境环境温度温度常数常数强迫对强迫对流为流为1 1，自然对自然对流为流为1.251.25牛顿冷却定律牛顿冷却定律- -降温方程降温方程: :这是一个 关于时间 的一阶常微分方程。1t)(SatMc0111111对另外一金属有：对另外一金属有：两式相比，整理有：两式相比，整理有：)(SatMc0111111)(SatMc0222222)(SatM)(SatMcc0111220222111221SS 如果两样品形状尺寸相同，如果两样品形状尺寸相同， 两样品表面状况相

3、同，周围环境相同，两样品表面状况相同，周围环境相同， 21aa 221112)t(M)t(Mcc那么，当周围介质温度不变（即室温那么，当周围介质温度不变（即室温 恒定而样品恒定而样品又处于相同温度又处于相同温度 时），上式可以简化为：时），上式可以简化为：0如果已知标准样品的比热容如果已知标准样品的比热容c1、质量、质量M1；待测样品的；待测样品的质量质量M2及两样品在温度及两样品在温度时冷却速率之比，就可以求时冷却速率之比，就可以求出待测的金属材料的比热容出待测的金属材料的比热容c2。测量样品（测量样品（FeFe和和AlAl）在）在100100时的比热容。时的比热容。实验内容实验内容FeFe

4、CuAlAl实验仪器实验仪器防护罩防护罩杜瓦杜瓦瓶瓶电烙铁电烙铁样品室样品室热电势热电势时间时间实验步骤实验步骤1.短接数字电压表输入接线柱，调零数字电压表。短接数字电压表输入接线柱，调零数字电压表。2.按实验要求连接好加热仪和热电偶测试仪。按实验要求连接好加热仪和热电偶测试仪。3.将实验样品套在容器内的热电偶上，盖上有机将实验样品套在容器内的热电偶上，盖上有机玻璃盖，下降实验架，使电烙铁套在样品上给玻璃盖，下降实验架，使电烙铁套在样品上给样品加热。把样品加热到样品加热。把样品加热到200（数字电压表读（数字电压表读数数8.20mV）时，断开加热开关。移去加热源，）时，断开加热开关。移去加热源

5、，使样品在样品室自然冷却。使样品在样品室自然冷却。6.50mV以上以上4.记录试验样品温度从记录试验样品温度从102（数字电压表读数（数字电压表读数4.37mV）下降到）下降到98（数字电压表读数（数字电压表读数4.18mV）所需要时间）所需要时间t。5.可按铁、铜、铝的次序，分别测量其温度下降可按铁、铜、铝的次序，分别测量其温度下降速度，每一样品重复测量速度，每一样品重复测量5次。次。实验步骤实验步骤注意事项注意事项 取换样品时取换样品时, ,用镊子拿取用镊子拿取, ,注意不要烫到手或电注意不要烫到手或电线线 加热器下降时注意样品的位置加热器下降时注意样品的位置 测量降温时间时，按键动作要迅

6、速，减小人为测量降温时间时，按键动作要迅速，减小人为计时误差计时误差数据记录数据记录12345FeCuAl样品从样品从102102（数字电压表读数（数字电压表读数4.37mV4.37mV）下降到）下降到9898（数字电（数字电压表读数压表读数4.18mV4.18mV）所需要时间）所需要时间tt: :样品次数时间已知样品质量：已知样品质量：M Mcucu=4.830g =4.830g M MFeFe= =4.028g 4.028g M MAlAl=1.500g=1.500g100 100 时铜的比热：时铜的比热：c ccucu=0.094 =0.094 calcal/(g)/(g)数据处理数据处

7、理1.1.对对t t取平均值，取平均值， =4 =4 ，分别计算，分别计算100 100 附近附近FeFe、CuCu、AlAl的降温速率的降温速率 。2.2.根据式（根据式（12-612-6），计算），计算FeFe、AlAl的比热容。的比热容。3.3.自行查找自行查找100 100 时时FeFe、AlAl的比热容的理论标准值，的比热容的理论标准值，和实验值求相对误差，和实验值求相对误差，注意有效位数注意有效位数。t思考题思考题1.1. 比热容的定义是什么？单位是什么？比热容的定义是什么？单位是什么？2.2. 根据式（根据式（12-612-6），测量比热容的条件是），测量比热容的条件是什么？什么

8、？热电偶测温原理：热电偶测温原理： 热电偶是利用温差电效应制成的测温元件，它是由两种不同的金属焊接而成的回路。当两接点a、b的温度不同时，在闭合回路中会产生电动势，该电动势称为温差电动势 。 热电偶测温原理图0 TT 详细介绍详细介绍 两种不同的导体或半导体两种不同的导体或半导体A A和和B B组合成如图所组合成如图所示闭合回路，若导体示闭合回路，若导体A A和和B B的连接处温度不同的连接处温度不同（设（设T TT T0 0），则在此闭合回路中就有电流产生，），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在

9、热电效应。这种现象早在18211821年首先由西拜克年首先由西拜克（SeeSeebackback）发现）发现, ,所以又称西拜克效应。所以又称西拜克效应。热电偶原理图TT0AB热电偶回路中所产生的电回路中所产生的电动势，叫热电势。动势，叫热电势。热电势由两部分组热电势由两部分组成，即温差电势和成，即温差电势和接触电势。接触电势。热端自由端1. 接触电势+ABTeAB(T)-接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。AeA(T,To)ToT2. 温差电势 热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关

10、；与热电偶的长度、粗细无关。两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。 导体材料确定后，热电偶热电势的大小是热端温导体材料确定后，热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差。度和冷端的函数差。0E TT为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定（一般保持须使冷端温度保持恒定（一般保持0 ）。）。0C把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。缘。mVABABTCC仪