试验碰撞试验

1、试验碰撞试验实验八冷却法测量金属的比热容实验八 冷却法测量金属的比热容用冷却法测定金属或液体的比热容是 量热学中常用的方法之一。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 得各种金属在不同温度时的比热容。热电偶 数字显示测温技术是当前生产实际中常用 的测试方法，它比一般的温度计测温方法有 着测量范围广，计值精度高，可以自动补偿 热电偶的非线性因素等优点。本实验以铜样品为标准样品，而测定 铁、铝样品在100c或200c时的比热容。 通过实验了解金属的冷却速率和它与环境 之间温差的关系，以及进行测量的实验条 件。【实验目的】1 .掌握用冷却法测定金属的比热容，测 量铁、铝金属样品在10

2、0c或200c温度时 的比热容。一 73 一实验八 冷却法测量金属的比热容2 , 了解金属的冷却速率与环境之间的温 差关系，以及进行测量的实验条件。【实验仪器】DH4603型冷却法金属比热容测量仪、 待测量金属材料样品（铜、铁、铝）等【实验原理】单位质量的物质，其温度升高 1K （或 1C）所需的热量称为该物质的比热容，其 值随温度而变化。将质量为Mi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（Q/t）与温度下降的速率成正比， 于是得到下述关系式：*加丁（8-1）式中Q为该金属样品在温度i时的比热容，二 为金属样品在i的温度下降速率，

3、根据冷却 定律有:一 74 一实险八 冷却法测量金腐的比热容(8-2)式中/为热交换系数，为该样品外表面的面积，m为常数，4为金属样品的温度，。为(8-3)周围介质的温度。由式（81）和（8-2）,可同理，对质量为%,比热容为C2的另一种金属样品，可有同样的表达式:An6% 端= %S2(4-4广A/由式(8-3)和(8-4),可得:-2 2 二誓一*(a-q)E所以c x I X a2s2gey2 ' M也产 2 Ar(8-4)假设两样品的形状尺寸都相同（例如细小的圆柱体），即S=S,两样品的表面状况也75实险八 冷却法测量金属的比热容相同（如涂层、色泽等），而周围介质（空气）的性质

4、当然也不变，则有囚一。于是当dI介质温度不变（即室温恒定），两样品又处于相同温度人人。时，上式可以简化为:峪（ArAM/(8-5)因为热电偶的热电动势与温度的关系在同一小温差范围内可以看成线性关系，即a、 qe所以式（8-5）可以简化为:(8-6)M. (A/)? q=q %(加)如果已知标准金属样品的比热容质 量乂；待测样品的质量也及两样品在温度。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下表:力Fe(caAl(caCu(cal/吸)l/g)gC)-76-实验八 冷却法测量金属的比热容Q S，10( 1 t100Cm0 )0.1100.2300.0940【实验

5、步骤与要求】1.开机前先用加热四芯线和热电偶线两 组线连接好加热仪和测试仪。由 图8-1冷却法金属比热容测样数字一 73 一实验八 冷却法测量金属的比热容2 .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 天平秤出它们的质量 M ,再根据Mcu>MFe>MA, 这一特点，把它们区别开来。3 .使热电偶端的铜导线与数字表的正端 相连；冷端铜导线与数字表的负端相连。当 样品加热到150°C时，切断电源移去加热源， 样品继续安放在与外界基本隔绝的有机玻 璃圆筒内自然冷却（筒口须盖上盖子），记 录样品的冷却速率.）10。方法：记录数字电压表上示值约从E

6、1降 到E2所需的时间t,从而计算（个与。按铁、铜、 铝的次序，分别测量其温度下降速度，每一一 74 一实验八 冷却法测量金属的比热容样品应重复测量6次。注意：(1)仪器的加热指示灯亮，表示正在 加热；如果连接线未连好或加热温度过高 (超过200C)导致自动保护时，指示灯不 亮。升到指定温度后，应切断加热电源。(2)测量降温时间时，按“计时”或“暂 停”按钮应迅速、准确，以减小人为计时误 差。(3)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。4 .整据吗/、处理与分析Ma,样品质量：mcu =g ； mFs =g ；沃 样口 口123456平

7、均 值tFeCuAi1g?热电睢端温度：c样品由Ei下降到E2所需时间(单位为s)一 75 一实验八 冷却法测量金属的比热容以铜为标准： Ci =Ccu =0.0940 cal/g K铁：0? GMAlliCal/ (g K)M2( t)i 7铝:C3 GMCal/ (g K)M3( t)i '【预习思考题】1 .比热容的定义是什么？单位是什么？2 .为什么实验应该在防风筒(即样品室) 中进行？【课后习题】1.测量三种金属的冷却速率，并在图纸 上绘出冷却曲线，如何求出它们在同一温度 点的冷却速率？【附录】一 76 一实验八冷却法测量金属的比热容一、DH4603型金属比热容测定仪介绍与

8、使用说明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，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。测量试样温度采用常用的铜-康铜做 成的热电偶（其热电势约为0.042mV/0C）,将热电 偶的冷端置于冰水混合物中，带有测量扁叉 的一端接到测试仪的“输入”端。热电势差 的二次仪表由高灵敏、高精度、低漂移的放 大器放大加上满量程为20mV的三位半数字 电压表组成。

9、这样当冷端为冰点时，由数字 电压表显示的mV数查表即可换算成对应待一 77 一实验八 冷却法测量金属的比热容测温度值。图8-2 DH4603型金属比热容测定仪测试仪一 78 一实验八 冷却法测量金属的比热容八铜一康铜热电偶分度表温 度(C)热电势(mV)0123456789-10-0.383-0.421-0.458-0.496-0.534-0.571-0.608-0.646-0.683-0.720-00.000-0.039-0.077-0.116-0.154-0.193-0.231-0.269-0.307-0.34500.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2

10、730.3120.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.70.80.80.90.90.91.01.01.11.1一 79 一实验八 冷却法测量金属的比热容89307011519232731455301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8821.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.467

11、2.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.312803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.1374.1844.2311004.2774.3244.3714.4184.4654.5124.5594.6074.6544.701一 80 一实验八 冷却法测量金属的比热容1104.7494.7964.8444.8914.

12、9394.9875.0355.0835.1315.1791205.2275.2755.3245.3725.4205.4695.5175.5665.6155.6631305.7125.7615.8105.8595.9085.9576.0076.0566.1056.1551406.2046.2546.3036.3536.4036.4526.5026.5526.6026.6521506.7026.7536.8036.8536.9036.9547.0047.0557.1067.1561607.2077.2587.3097.3607.4117.4627.5137.5647.6157.6661707.7187.7697.8217.8727.9247.9758.027