冷却法测金属比热容(推荐完整)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大学物理实验,实验二,冷却法测金属比热容,实验简介,实验原理,实验,目的,实验内容,仪器及调整,实验数据,预习题,思考题,【,实验简介,】,根据牛顿冷却定律，用冷却法测定金属的比热容是量热学常用方法之一。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量各种金属在不同温度时的比热容。,【,实验目的,】,以铜为标准样品，测定铁、铝样品在,100,或,200,时的比热容。,了解金属的冷却速率和它与环境之间的温差关系以及进行测量的实验条件。,【,实验原理,】,单位质量的物质，其温度升高,1K,（,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,M,1,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：,（,1,）,（,1,）式中,C,1,为该金属样品在温度,1,时的比热容，为金属样品在,1,的温度下降速率，根据冷却定律有：,（,2,）式中 为热交换系数,为该样品外表面的面积，为常数，为金属样品的温度，为周围介质的温度。由式（,1,）和（,2,），可得,（,2,）,（,3,）,同理，对质量为,M,2,，比热容为,C,2,的另一种金属样品，可有同样的表达式：,由上式（,3,）和（,4,），可得：,（,4,）,所以：,如果两样品的形状尺寸都相同，即,S,1,=S,2,；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,1,=,2,。于是当周围介质温度不变（即室温,0,恒定）两样品又处于相同温度,1,=,2,=,时，上式可以简化为：,(5),如果已知标准金属样品的比热容,C,1,质量,M,1,；待测样品的质量,M,2,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,C,2,。,已知铜在,100,时的比热容为：,C,cu,=393J/(kg).,【,实验内容,】,测量铁和铝,100,时的比热容,1,、用铜一康铜热电偶测量温度，而热电偶的热电势采用温漂极小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,数查表即可换算成温度。,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）用物理天平或电子天平秤出它们的质量,M,0,。再根据,M,Cu,M,Fe,M,Al,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。当数字电压表读数为某一定值即,150,（大约在,6.000mv,）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,）。当温度降到,102(4.157mv),时开始记时，当温度降到,98,（,3.988,mv,）时计时结束。测量样品,102,下降到,98,所需要时间,t,0,。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,6,次。,因为各样品的温度下降范围相同（,=102-98=4,）所以公式（,5,）可以简化为：,(6),【,实验仪器,】,1.,实验仪器：,FB312,型冷却法金属比热容测定仪,其中,A,）热源，采用,70,瓦隔离低压加热，,加热块利用底盘和支撑杆固定并可上下移,动；,B,）实验样品，是直径,6mm,，长,30mm,的小圆柱，其底部钻一深孔便于安放热电偶，,而热电偶的冷端则安放在冰水混合物内；,C,）,铜一康铜热电偶；,D,）热电偶支架；,E,）防风,容器；,F,）三位半数字电压表，显示用三位半,面板表；,G,）冰水混合物。,【,实验数据,】,数据记录：,表：样品由,102,0,C,下降到,98,0,C,所需时间,M,CU,=g,M,Fe,=g,样品,时 间,t/s,Cu,Fe,Al,数据处理：,1.,将数据代入公式（,6,）计算铁的比热容,C,2.,2.,计算,C,2,的不确定度，,3.,与标准值比较计算百分误差。,4.,写出测量结果。,