金属比热容测定实验报告

时间：2020-09-21 12:45:37　来源：工作范文网本文已影响人

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金属比热容的测定实验报告

篇一：实验11金属比热容的测定 3600

实验二金属比热容的测定-99 - 实验^一金属比热容的测定根据牛顿冷却定律，用冷却法测定金属比热容是热学中常用方法之一。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。本实验以铜为标准样品，测定铁、铝样品在100oC时的比热容。

　实验目的

通过本实验了解金属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，进一步巩固牛顿冷却定律；

用冷却法测定金属比热容。实验仪器

金属比热容测量仪、升降台、热源（电烙铁）、铜一康铜热电偶、金属样品

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（铁、铝、铜）、防风筒（加盖）、电源线、真空保温杯、调零线、秒表、支架。

　实验装置如图2-1所示，对测量试样温度采用常用的铜一康铜做成的热电偶，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，提咼实验准确度。本实验可测量金属在各种温度时的比热容（室温到2000C）。其中：

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

（其电源由金图2-1属比热容测量仪上的热源”开关控制）；

实验样品，是直径5mm,长30mm

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的小圆柱，其底部深孔中安放热电偶（其热电动势约/0C）,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；

防风容器；

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；

冰水混合物。

　实验原理

单位质量的物质，其温度升高1K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，放到较低温度的介质中，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（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）

-100 -基础物理实验（二）于是得到下述关系式：

?Q?C1M11

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?t?t式中C1为该金属样品在温度?1 时的比热容，

为金属样品在?1时的温度下降速?t 率。根据牛顿冷却定律有：

?a1s1m ?t

式中al为热交换系数，si为该样品外表面的面积，m为与周围介质状况有关的系数，?1为金属样品的温度，?0为周围介质的温度。由式和，可得：

C1M1

?a1s1m ?t

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：

C2M2

?a2s2m t

由上式和，可得：

C2M2

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t?a2s2m alsICIMII

所以：

1M1a2s2m

t C2?C1

2M2asm

till

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，而周围介质的性质当然也不变，则有 a1?a2 于是当周围介质温度不变时，上式可以简化为：

M11

C2?C1

M22

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？时的温度下降速率之比，就可以求出待测金属材料的比热容 C2。

已知铜在100oC时的比热容为：CCu?/ 实验内容

一.必做部分：测量铁和铝在1000C 精选公文范文

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时的比热容

用电子天平称岀各金属样品的质量M。再根据MCu?MFe?MAI这一特点，把它们区别开来。［由于三种金属样品表面均镀上相同的金属薄层（表面光洁度尽可能相同），它们的长度、直径都相同，故难以直观分辨］。

2 ?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。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。

实验二金属比热容的测定-101-

3.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。当样品加热到某一定值即100oC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。当温度升到接近102oC时开始记录（测量样品精选公文范文 6

由102oC下降到98oC所需的时

间？t),从而计算样品的冷却速率？。按铁、铜、铝的次序，分别测量其温度下t?100c

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可以简化为:

C2?C11

M21

具体做法：可记录电压表值约从E1? 降到E2?所需的时间?t，从而计算E?。

注意：热电偶的热电动势与温差的关系在同一小温差范围内可看作线性关系，即

E?Em1t?1 1?1，故 c?c

21 ?E?

m222

?t?2

匸.选做部分：测量铁和铝在

200 C时的比热容实验方法与 100oC

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时相同，试比较二者的结果。

　注意事项

首先金属比热容测量仪调零。（输入端直接用调零线相连，再用调零旋钮）。2 .加热后不许接触铜-康铜热电偶和待测样品。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。思考题

为什么实验应在防风金属筒中进行？

测量三种金属的冷却规律，并在作图纸上画出冷却曲线。如何求出它们在同一温度点的冷却速率？

-102 -基础物理实验（二）附表

铜一康铜热电偶分度表（参考端温度为0C）

篇二：金属比热容实验报告深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：金属比热容的测量学院：医学院指导教师：报告人：组号：

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学号实验地点

实验时间：年月日

提交时间：

篇三：金属比热容测定

热学实验论文

。混合法测定金属的比热容物质比热容的测量属于量热学范围，由于量热实验的误差一般较大，所以要做好量热实验必须仔细分析产生各种误差的原因，并采取相应措施设法减小误差。

测定固体或液体的比热容，在温度变化不太大时常用混合量热法、冷却法、电流量热器法。本实验用混合法测定金属的比热容。

一、实验目的

1.学习热学实验的基本知识，掌精选公文范文

握用混合法测定金属的比热容的方法；

学习一种修正系统散热的方法。

二、仪器及用具

量热器，水银温度计，物理天平，待测金属粒，停表，量筒，烧杯及电加热器等。

三、实验原理

1.用热平衡原理侧比热容

在一个与环境没有热交换的孤立系统中，质量为m的物体，当它的温度由最初平衡态变化到新的平衡态？0?i时，所吸收(或放岀)的热量Q为

Q?mc (1)

式中me称为该物体的热容，c称为物体的比热容，单位为J/(kg K)。

　用混合法测定固体比热容的原理是热平衡原理。把不同温度的物体混合在一起时，高温物体向低温物体传递热量，如果与外界没有任何热交换，则他们最终达到均匀、稳定的平衡温度，这时称系统达到了热平衡。高温物体放出的热量 Q1与低温物体吸收的热量Q2相等，即

Q仁Q2 （2）

本实验的高温部分由量热器内筒、搅拌器、水银温度计和热水等组成，而处于室温的金属粒为系统的低温部分。

　设量热器内筒和搅拌器（二者为同种材料制成）的质量为ml,比热容为cl；热水质量为m2,比热容为c2；水银温度计的质量为m3,比热容为c3,它们的共同

温度为?1o待测金属粒的质量为M，比热容为c,温度与室温？0相同。将适量金属粒倒入量热器内筒中，经过搅拌后，系统达到热平衡时的温度为？2。假设系统与外界没有任何热交换，则根据式（2）可知，实验系统的热平衡方程为

?Mc （3）

式中m3c3为温度计的热容，其值用表示，这里的V表示温度计浸入水中部分的

3体积，单位用cm。于是，式（3）可写成

?Mc

则金属粒的比热容c为精选公文范文

M （4）

式中M、ml、m2均可由天平称衡； V可用量筒采用排水法测出；cl、c2查书后附录二或由实验室给出，？0为室温。

　若能知道?1和?2的值，便可计算出金属粒的比热容c。下面通过修正系统散热误差的方法求出？1和?2的值。

系统散热误差的修正（面积补偿法）

在热学实验中，系统不可能完全绝热，必然存在着散热现象，因此，必须对系统的散热进行修正。修正散热的方法之一就是对温度进行修正，其方法是通过作图用外推法求出实验系统的高温部分（量热器内筒、热水、搅拌器、水银温度计等）混合前的温度?1以及混合后系统达到热平衡时的温度？2。图2-25 所示的是实验系统的温度随时间变化的曲线。图

B点对应的时刻为金属粒投入热水中中AB段是未投入金属粒前系统的散

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热温度变化曲线；

的时刻。BC段是金属粒投入量热器热水中以后，系统进行热交换过程的散热曲线；CD段是系统内热交换达到热平衡后的散热温度变化曲线。在 BC段实际上同时进行着两个过程，一是由于系统向空气散热而导致热水温度下降，二是由于金属粒投入后的吸热效应而使热水温度下降。现在就来考虑在有热量损失的情况下，应用面积补偿法，求出由于投入金属粒而使水温降低的实际数值。其具体做法是：在曲线上过对应于室温?0的点G作垂直横轴的直线，然后延长AB到E，延长DC到F，使BEG 面积等于GFC面积，这样在BEGFC和 BGC这两条图线各自相应的过程中所损失的热量是相等的，因而可将原来的

BGC过程等

效为BE、EF和FC三段过程，其中 BE和FC表示在整个过程中由于向周围散热而导致温度下降的情况，而EF表示系统由于投入金属粒而引起的温度下精选公文范文

降。E、F点所对应的温度?1?和?2?是投入金属粒后热平衡进行得无限快时系统的初温和末温。它意味着热平衡不需要时间，因此，系统与外界也来不及热交换。故可用？1?、？2?弋入式（4）中代替？1 和?2进行计算。

4.实验步骤

1） .用天平称岀待测金属块的质量 m,在室温温度计上读岀室温温度?；

2） ?将量热器的内筒及搅拌器擦拭干净，用天平称出他们的质量 ml,在内筒中倒入高出室温（？）20°C左右的温水（水要能淹没金属块），盖好绝热盖，插好温度计和搅拌器，不断搅动搅拌器（不宜过快）,用秒表开始记时，每隔一分钟就纪录一次温度计的读数，在混合前共测读5次，记录数据；

3） .在第5分钟后迅速将系有细线的

待测金属块放入内筒的水中，迅速盖好盖子并继续搅拌，且每隔二十秒纪录一次温度计读数，两次后每隔一分钟纪录一次温度计读数，共八次；精选公文范文

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.用游标卡尺测出温度计没入水中的长度和直径，并算出体积；

.把内筒(内筒,金属块,搅拌器

和水)取出，称其总质量 M，并求出水的质量 mO，艮卩mO=M —,

.根据纪录的数据描绘T — t曲线，并用外推法确定始温T1和终温T;

.由me?求出结果并分析。

5 ?实验数据、处理及讨论

1 ).实验已知和所测数据：C

铜？385J/kg*0C C 水？418 7J/kg*0C 温？=°C

表一：T — t数据表

t/min 1 2 3 4 5 t/ C

9 10 11 12 13

表二：实验中各物的质量数据表 6 表三：温度计的测量 2).温度修正：

因为混合过程中，系统实际上总要与外界交换热量，这就破

坏了式的成立条件。为消除其影响, 需采用散热修正。

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实验中热量散失的途径主要有 3个方面。第一，若用预先加热

金属块投入量热器的混合方法，则投入前有热量散失，且这部

分热量不易修正，只能尽量缩短投放时间来解决。第二，将室

温的金属块投入盛有温水的量热器中，混合过程中量热器向外

散失热量，由此造成混合前水的初温与混合后水的终温不易测准。为此，绘制水的温度-时间曲线，根据牛顿冷却定律来修正温度。方法如下：若在实验中做岀水的温度-时间曲线，如图二中的 ABGCD所示，AB段表示混合前量热器及水的冷却过程；BC段表示混合过程； CD段表示混合后的冷却过程。通过 G 点做与时间轴垂直的一条直线，分别与 AB、CD的延长线交于E和F点,使面积 BEG与面积CFG相等，这样，E和F点对应的温度就是热交换进行得无限快的温度，即没有热量散失时混合前后的初温和终温。第三，量热器表面若存在水精选公文范文 16

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滴附着，会使其蒸发而散失较多热量，这可在实验前用干布擦净量热器来避免。

3）.数据处理：

1.对系统温度进行修正

在直线AB段旁取两点最接近AB 的点，由上图可得，此两点的坐标为

（1,）,（5,）,则由此两点所确定的 AB的方程为图二：温度-时间曲线

T 得 Tt?11?5

同理CD段的方程为

当t=时

T1 =TE=（混合过程的始温） T

=TF= T?27

.45?

又由表二可知：m物？ m筒?搅?

66g m 水？

0m 由表三可知：I

则温度计没入水中的体积 V= （cm）

?m= cal/OC=/OC

又因为

C 铜？385J/kg*0CC 水？418 7J/kg*0C

室温？=C

T1 = OCT = 0C 所以

c? m

代入数据，解之得c= (cal/) 标准不确定度的计算：

由标准不确定度的计算公式计算可

知:

O?uct11?= uc?d?=

U?Cl=

则金属块比热容的标准不确定度为：

uC?CX?=/kg*k

所以

C=± J/kg*k 由仪器卡得知c=377 J/kg*k所以测量的百分误差为：

c0/0?

6.分析讨论及注意事项：c测?c标 =% c标

.本实验的误差主要来自于温度测精选公文范文

量,所以测量温度时应特别细心，读数要准确；

.由于金属的比热容较小，所以尽量使水的质量减少，以增大温差，减少相对误差，但金属块必须全部浸没在水中；

?实验时温度计和金属块的放置位置要适合，以防测不准系统温度和碰坏温度计；

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