金属比热容的测量

1、金属比热容的测量第1页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三实验原理：1.比热容:单位质量的物质，其温度升高1K(oC)所需的热量叫做该物质的比热容，其值随温度而变化。2.牛顿冷却定律：当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比。第2页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三 根据牛顿冷却定律，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量各种金属在不同温度时的比热容。本实验以铜为标准样品，测定铁、铝样品在100oC 或200oC时的比热容。 第3页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三将质量为M1的金属

2、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 ( )与温度下降的速率成正比，于是得到下述关系式：式中C1为该金属样品在温度 时的比热容， 为金属样品在 时的温度下降速率。第4页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三根据冷却定律有：式中a1为热交换系数，S1为该样品外表面的面积，m为常数， 为金属样品的温度， 为周围介质的温度。联立以上两式，可得：第5页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三同理，对质量为M2，比热容为C2的另一种金属样品，可有同样的表达式：第6页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，

3、星期三 如果两样品的形状尺寸都相同，即S1=S2；两样品的表面状况也相同(如涂层、色泽等)，而周围介质(空气)的性质当然也不变，则有 。于是当周围介质温度不变(即室温 恒定而样品又处于相同温度 ) 时，上式可以简化为:第7页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三 如果已知标准金属样品的比热容C1质量M1；待测样品的质量M2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C2。第8页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三几种金属材料的比热容见表1：(P200) 比热容温度CFe CAl CCu 1000.1100.230 0.0940单位：第9

4、页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三实验仪器介绍第10页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三 A、热源、B、实验样品（直径5mm，长30mm的小圆柱）、 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、G、冰水混合物组成。第11页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三第12页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三实验步骤：1.用铜-康铜热电偶测量温度，由数字电压表mV数查表即可换算成温度。2. 将三种金属样品(铜、铁、铝)用物理天平质量M，再根据MCuMFeMAl这一特点，把它们区别开来。

5、第13页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三 3.使热电偶热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。当数字电压表读数为某一定值即200 时，切断电源移去电炉，样品继续安放在与外界基本隔绝的金属圆筒内自然冷却(筒口须盖上盖子)。当温度降到接近102 时开始记录，测量样品由102 下降到98 所需要时间 。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5次。第14页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三利用简化后的公式：计算铁和铝的比热容 ，选取铜的比热容0.0940cal/(goC)计算。第15页，共18页，2022年，5月

6、20日，22点18分，星期三实验数据处理1.将数据填入下表 次数样品12345平均值误差FeCuAl第16页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三2.利用公式：计算铁和铝的比热容第17页，共18页，2022年，5月20日，22点18分，星期三温度温度012345678910热 电 动 势 (mV)00.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.3510.3910100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.7490.78910200.7890.8300.8700.9110.95

7、10.9921.0321.0731.1141.1551.19620301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.5691.61130401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.9922.03540502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.4242.46750602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.8642.90860702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.3123.35770803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.7673.81380903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.1374