金属比热容的测定-讲稿

金属比热容的测定指导教师：哈斯朝鲁班级：13级物理学汉班学号：20131104373姓名：郑武超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。实验目的EXPERIMENTTARGET

金属比热容测量仪，精密电子天平,升降台，热源（电烙铁）、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。实验仪器LABORATORYAPPARATUS

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5mm,长30mm的小圆柱，其底部深孔中安放热电偶（其热电动势约0.042mV/℃），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EXPERIMENTALINSTALLATION实验装置如上图所示，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20mV）组成，由数字电压表显示的mV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200℃）.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M1的金属样品加热后，放到较低温度的界质（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）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：⑴式中，C1为该金属样品在温度θ1时的比热容，△θ1/△t为金属样品在温度θ1时的温度下降速率。根据牛顿冷却定律有：

=α1S1（θ1-θ0）m⑵(1)实验原理EXPERIMENTTALPRINCIPLE

(2)式中，α1为热交换系数，S1为该样品外面的面积，m为与周围界质的状况有关的系数，θ1为金属样品的温度，θ0为周围界质的温度。由式（1）和（2），可得：

（3）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：（4）由式（3）和（4），可得：所以：如果两样品的尺寸和形状都相同（例如细小的圆柱体），即S1=S2；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α1=α2。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θ1=θ2=θ）时，上式可简化为⑸

如果已知标准样品的比热容C1、质量M1、待测样品的质量M2及两样品在温度θ时的温度下降速率之比，就可求出待测的金属比热容C2

已知铜在100℃似的比热容为：CCu=0.0940cal/（㎏•℃）一．必做部分：测量铁和铝在100℃时的比热容1．用电子天平称出各金属样品的质量M。再根据这一特点，把它们区别开来。对金属比热容仪进行调零（输入端直接用调零线相连，再用调零旋钮）。2．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。实验用铜-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。热电偶的冷端插入冰水混合物中，热端固定在防风桶中，样品放置在热电偶的热端。加热后不要接触热电偶和待测样品。实验内容EXPERIMENTCONTENT3．将样品安置在防风金属筒内，开始加热。加热电烙铁的电压为4.83mV(温度过高，铝样品将被熔化)。当样品加热到120℃(当数字电压表读数为5.2mV)时，切断电源移去电烙铁，样品继续安放在与外界基本隔绝的金属圆筒内自然冷却(筒口须盖子)。当温度升到接近102℃时开始记录（测量样品由102℃下降到98℃所需的时间），计算样品的冷却速率按铁、铜、铝的次序，分别测量其温度下降速度，每样品重

复测量5次。因为各样品的温度下降范围相同()所以公式(2-5)可以简化为具体做法：可记录电压表值约从降到所需的时间

(因电压表显示数字值是跳跃性的，所以、只能取附近的值)，

从而计算。注意：热电偶的热电动势与温差的关系在同—小温差范围内可看作线性关系，即

故：（1）在精密称量过程中要先将天平调平，通过调节旋钮使小水珠保持在圆环正中心。（2）在使用金属比热容测量仪的时候要先进行调零。（3）热电偶的冷端必须实际接触冰水混合物。（4）室温尽量保持恒温。（5）加热后不许接触铜-康铜热电偶和待测样品（6）金属比热容测量仪在调零过程中要使示数恰好是0.00mV。（7）实验结束后先关闭仪器开关再关闭总开关。（8）冰水混合物中冰块要尽量碎小。注意事项铜-康铜热电偶分度表样品质量：MCu=4.830g;MFe=4.280g;MAl=1.500g。热电偶冷端温度：=0。样品由10