PB05007207_混合法测量固体比热容比_2006423164520.doc

固体比热容的测量实验报告５ 学号: PB05007207 姓名:高彭 【实验题目】： 固体比热容的测量。 【实验目的】： 用混合法测固体比热容。 【实验器材及用具】： 天平，温度计，压强计，锌粒，秒表，试管， 量热器，搅拌器，量筒，漏斗等。 【实验原理】: 一. 混合法测比热容原理： 设一个热力学孤立体系中有n种物质，其质量分别为mi，比热容为ci（i=1,2,…,n）。开始时体系处于平衡态，温度为CT1，与外界发生热量交换后又达到新的平衡态，温度为T2。若体系中无化学反应或相变发生，则该体系获得（或放出）的热量为 （1） 假设量热器和搅拌器的质量为m1，比热容为c1，开始时量热器与其内质量为m的水具有共同温度T1，把质量为mx的待测物加热到T’后放入量热器内，最后这一系统达到热平衡，终温为T2。如果忽略实验过程中对外界的散热或吸热，则有 （2） 式中c为水的比热容。代表温度计的热容量，其中V是温度计浸入到水中的体积。 二. 系统误差的修正原理： 1. 要尽量减少与外界的热量交换，使系统近似孤立体系。此外，量热器不要放在电炉旁和太阳光下，实验也不要在空气流通太快的地方进行。 2. .采取补偿措施，就是在被测物体放入量热器之前，先使量热器与水的初始温度低于室温，但避免在量热器外生成凝结水滴。先估算，使初始温度与室温的温差与混合后末温高出室温的温度大体相等。这样混和前量热器从外界吸热与混合后向外界放热大体相等，极大地降低了系统误差。 3 .缩短操作时间，将被测物体从沸水中取出，然后倒入量热器筒中并盖好的整个过程，动作要快而不乱，减少热量的损失。 4. 严防有水附着在量热筒外面，以免水蒸发时带走过多的热量。 5. 沸点的校正。在实验中，我们是取水的沸点为被测物体加热后的温度，但压强不同，水的沸点也有所不同。为此需用大气压强计测出当时的气压，再由气压与沸点的关系查出沸点的温度。 在采取以上措施后，散热的影响仍难以完全避免。被测物体放入量热器后，水温达到最高温度前，整个系统还会向外散热。所以理论上的末温是无法得到的。这就需要通过实验的方法进行修正：在被测物体放入量热器前4~5min就开始测读量热器中水的温度，每隔1min读一次。当被测物体放入后，温度迅速上升，此时应每隔0.5min测读一次。直道升温停止后，温度由最高温度均匀下降时，恢复每分钟记一次温度，直到第15min截止。由实验数据作出温度和时间的关系T-t曲线（图5.3.3-1）。 为了推出式（2）中的初温T1和末温T2，在图5.3.3-1中，对应于室温T室曲线上之G点作一垂直于横轴的直线。然后将曲线上升部分AB及下降部分CD延长，与此垂线分别相交于E点和F点，这两个交点的温度坐标可看成是理想情况下的T1和T2，即相当于热交换无限快时水的初温与末温。 【实验内容】: 实验内容是测量锌粒的比热容. l 实验时室温=22.85℃. l 称出质量为mx的锌粒，放入试管中隔水加热。在沸水中15min（可以认为锌粒与水同温）。水沸腾后测出大气压强p。 锌粒质量（g） 250.0g 【原始数据】： 大 大气压强（mm汞柱） 757.50mm l 在锌粒加热的同时，称出量热器内筒及搅拌器质量m1，然后倒入适量的水，并加入冰屑使水温降低到室温下3~4℃。称出质量m1+m。 量热筒和搅拌器质量（g） 155．1g 【原始数据】： 冰水混合物，量热筒和搅拌器质量（g） 359．7 g l 在倒入锌粒前，一面用棒轻轻搅动，一面每隔一分钟测一次水温，直到水的温度下降3-4摄氏度，将热好的锌粒迅速而准确地倒入量热器内，立即将盖盖好并继续搅拌，同时，每隔半分钟测一次水温。至水温均匀下降，每隔一分钟测一次水温，连续10min左右为止。本实验水温第12分钟降3-4摄氏度，故画图时取第12分钟为时间零点。得到时间-温度曲线，如下， l 简单计算或用读点功能知： X/S Y/℃ G 306 22.85 E 306 18.69 E 306 26.47 所以：T1=18.69℃ T2=26.47 ℃ l 温度计浸没在水下的体积可用一个小量筒测得，先将水注入小量筒中，记下其体积V1，然后将温度计插入水中，使温度计插入水中的体积与在量热筒中没入水中的体积相同（以从量热筒中取出温度计上水印为准），读出液面升高后的体积V2，则温度计插入量热筒水中的体积 由于V2=3.08ml V1=2.30ml 故 V=0.78ml l 查表得到实验气压条件下水的沸点T’，即作为锌粒加热后的温度。 查表得：沸点为99.89℃。 l 作温度-时间曲线，求出T1和T2。 如上图 l 根据式（2）求出锌的比热cx，并和锌的标准比热比较，求出相对误差。 由有： =(204.6*4.2+155.1*0.093*4.2+2.0*0.78)*(26.47-18.69)/（250*（99.98-26.47）） =0.390kJ/kg*K 相对误差为：（0.390-0.386）/0.386=1.04% 【思考题】： 为使系统从外界吸热与向外界放热大体相抵，你采取了哪些措施？结果怎样？ 1). 尽量减少与外界的热量交换，使系统近似孤立体系. 2). .采取补偿措施，就是在被测物体放入量热器之前，先使量热器与水的初始温度低于室温，但避免在量热器外生成凝结水滴。先估算，使初始温度与室温的温差与混合后末温高出室温的温度大体相等。这样混和前量热器从外界吸热与混合后向外界放热大体相等，极大地降低了系统误差。 3) .缩短操作时间，将被测物体从沸水中取出，然后倒入量热器筒中并盖好的整个过程，动作要快而不乱，减少热量的损失。 4). 严防有水附着在量热筒外面，以免水蒸发时带走过多的热量。 5）. 沸点的校正。 结果不甚完美，虽然图3中三角形DEF与BCD面积基本相等，但是前后温度差与室温差由于锌粒与冰水物配比不恰当或其他原因相对较大。详见误差分析中分析。 【误差分析】： 1.温度计前后体积不一。 A B 若之前位于A，之后位于B。而结果认为一直在B。AB间温度变化小于始末温差。 2．锌粒在转移过程中冷却，且在十五分钟内未必都到达沸点，但计算以沸点为准。 3．由图3知，前后补偿相差不是太大。而结果误差如此大。主要原因是时间测量有间断， 在倒入锌粒后，约有一分多钟未来得及记录温度变化。 【实验小结】： 1. 实验中温度计中的水银泡一定要没入水中，但又不能碰到锌粒。 2. 一定要待冰屑全部融化后才能开始测温. 3 . 锌粒倒入时不能使量热器中水溅出，又切勿碰到温度计。 4. 搅拌不能太使劲。