上海交通大学物理实验报告（大二上）液氮比汽化热与固体材料放热的测量报告

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1、实验报告姓名：王航班级：F0703028学号：5070309025同组姓名：石靖鹏指导老师：助教14实验日期：2008.10.15---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------液氮比汽化热与固体材料放热的测量【实验目的】1.了解物质的比汽化热的概念和测量方法；2.了解固体材料定容比热容CV与温

2、度的关系，掌握固体材料放热的三种计算方法；3.了解虚拟仪器的概念和使用。【实验原理】1.汽化热物质由液态向气态转化的过程称为汽化，在汽化过程中，分子要克服分子与分子之间的吸引力而做功，因此要吸收一定的能量。宏观上表现为液体的温度下降。在一定压强下、保持温度不变时，单位质量的液体转化为气体所需吸收的热量，称为该物质的比汽化热L，有：L=Qm比汽化热与液体汽化时的温度有关。这是因为随着温度升高，液相与汽相之间的差别逐渐减小的缘故。2.放热量Q的计算1)用焓差计算焓H是表示物质内部具有的一种能量的物理量，有

3、：H=U+PV其中，U是物质的内能，P是压强，V是体积。对于固体来说，PV的变化可以忽略不计，故通过计算焓差可以得到热量的变化。铜在不同温度时的比焓为：78K300K6.02kJkg79.6kJkg2)用比热容计算根据比热容的定义，只要知道了铜柱的比热容C和铜柱的质量m，就可以计算出铜柱从室温降到液氮温度所放出的热量，即：∆Q=Cm∆T在低温范围内，物质的比热容随温度的下降而减小。3)用德拜的固体比热容模型计算德拜的固体定容比热容模型能较好地反映出固体定容比热容CV与温度的变化规律。在德拜模型中，固体

4、的内能可以表示为：U=9NkT4TD30TDTx3ex-1dx其中，N是阿伏伽德罗常数，N=6.02×1023mol，k是波尔兹曼常数，k=1.38×10-23J∙K-1，TD是物质的德拜温度，可由实验确定。上式指出，以摩尔为单位时，固体的内能与具体的物质种类无关。上式对T求偏导即得到德拜固体比热容CV的表达式。对于金属来说，在极低范围时，电子对比热容的贡献不能忽略，从而德拜模型与实验值偏离较大。【实验数据记录、实验结果计算】一、定标在传感器上按顺序放入砝码，由采集到的质量-电压曲线来进行定标。所得到

5、的u-m值如下u/mVm/g1.11401.205101.373301.543501.9791002.848200在Origin中作图，并用线型拟合之后得到结果为：从图中得出k=B=115.43.一、测量铜柱质量在传感器上放入铜柱，之后记录采集到的质量-电压曲线，得到如下图线：带入刚才得到的k值，铜柱的质量mCu=1.29*115.43-128.58=20.22g一、计算液氮比汽化比。将实验中得到的液氮质量变化数据加入Origin作图，得到如下数据。从图中看出，铜柱放热所消耗的液氮质量∆m=2.45-

6、2.38*115.43=8.08g下面分别用三种方法计算放热量Q1、焓差计算法。铜块在78K和300K时的比焓分别为：H1=6.02kJkg，H2=79.6kJkg将其带入公式Q=mCuH2-H1=1.49kJ2、比热容计算法根据公式Q=mt0t1Cp(t)dt，我们可以计算出铜块变温需要的能量。通过查表，我们得到铜块的定比热容Cp与温度T的关系。数据如下：T/KCp/(J·kg-1·K-1)T/KCp/(J·kg-1·K-1)70171.519035080202.720035590229.52103

7、59.4100252.2220363.5110271.2230367.1120287.2240370.2130300.7250373.1140312.2260375.8150322270378.3160330.6280380.7170338290382.9180344.5300384.8将表中数据用Origin进行多项式拟和，这里采用了4次的多项式进行拟和。结果如下图：拟合精度非常好。对应的表达式为Y=-208.45+8.11x-0.05x2+1.26*10-4x3-1.31*10-7x4带入公式，Q

8、=mt0t1Cp(t)dt=20.22*73763.51000J=1.49kJ3、德拜的固体比热容模型计算通过查表，得知铜块的德拜温度为TD=343K，铜块的摩尔质量MCu=63.54g∙mol-1根据公式：U=9NkT4TD30TDTx3ex-1dx有：Q=mCuMCuUT-UT0,通过软件积分，我们得到，Ut0=296.573,Ut=4743.670带入公式，Q=mCuMCuUT-UT0=20.2264*4743.670-296.573J=1405.