《液体的比热容》doc版

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1、实验八液体比热容的测量【实验目的】1.考察热学系统的冷却速率同系统与环境之间温度差的关系—检验牛顿冷却定律；2.用冷却法测定液体的比热容。【实验仪器】图8-1实验装置示意图全套FD－LCD－A液体比热容实验仪【仪器介绍】1.FD－LCD－A液体比热容实验仪是通过冷却比较法测定液体比热容的实验装置。仪器主要由实验容器和实验主机组成，其示意图如图8-1所示。包括：1.实验主机2.温度显示表3.查阅按钮4.复位按钮5.电源开关6.实验外筒7.实验内筒8.环境水9.传感器Tb10.被测液体11.传感器TA12.坚固螺丝。实验容器是具有内、外筒的专用

2、量热器。外筒是一个很大的有机玻璃筒，外筒及其中水热容量比量热器热容量大得相当多，以保持恒温，并以此作为实验的“环境”。内筒是用金属铜制作的，内盛待测液体(或已知液体)，内筒和液体(或已知液体)组成我们所要考虑的系统。该装置满足了实验系统需在温度恒定环境中冷却的条件。2.仪器的技术指标和功能简介（1）定时报时功能开机运行后，主机会在每分钟的最后两秒启动内置的蜂鸣器发声，表示一分钟时间到了。（2）数字温度传感器仪器配备有两个DS18B20温度传感器，温度量程0-100℃，显示分辨率：0.1℃。这两个温度传感器分别测量内筒液体温度TA、外筒液体温

3、度Tb。实验时，按照仪器后面板的标签，把〖外筒温度传感器〗放入外筒“环境水”中，把〖内筒温度传感器〗放入内筒被测液体中。开机运行后，温度显示表会自动切换显示TA、Tb的值。切换的规律：每分钟的前58秒显示TA，最后2秒显示Tb。显示TA时，第一位数码管显示成“A”。显示Tb时，第一位数码管显示成“b”。（注意：显示Tb时，蜂鸣器会发声报警，不要惊慌。）（3）自动保存数据功能实验过程中，仪器有自动记录温度的功能：开机或复位的前20分钟，仪器会每分钟的最后1秒自动保存TA的温度值。实验结束后，您在仪器前面板上按“查询”键，就可以查阅这些数据。（

4、4）数据查阅功能每次实验开始的前20分钟，在每分钟末，TA值被自动保存一次。实验结束后，按“查询”键，即可依次读取保存的TA值。查询时，第一位数码管表示温度值的编号。举例：“0”表示第1分钟末时记录的TA值“1”表示第2分钟末时记录的TA值…“8”表示第9分钟末时记录的TA值“9”表示第10分钟末时记录的TA值……“0.”表示第11分钟末时记录的TA值“1.”表示第12分钟末时记录的TA值…“8.”表示第19分钟末时记录的TA值“9.”表示第20分钟末时记录的TA值按一下“查询”键，则读取下一个TA值。读取20个后，从第一个重新读取。查询完

5、毕后，按“复位”键可重新实验。同时，所有TA值自动清除。注意：实验过程中按下“查询”或“复位”键，会使当前的实验夭折。【实验原理】由牛顿冷却定律，一个表面温度为的物体，在温度为的环境中自然冷却()，在单位时间里流物体散失的热量与温度差有下列关系　：当物体温度的变化是准静态过程时，上式可改写为(8.1)(8-1)式中为物体的冷却速率，为物质的热容，为物体的散热常数，与物体的表面性质、表面积、物体周围介质的性质和状态以及物体表面温度等许多因素有关，和分别为物体的温度和环境的温度，为负数，的数值应该很小，大约在10－15℃之间。如果在实验中使环境

6、温度保持恒定(即的变化比物体温度的变化小很多)，则可以认为是常量，对式(8-1)进行数学处理，可以得到下述公式：(8.2)式中为(积分)常数。可以将式(8-2)看成为两个变量的线性方程的形式：自变量为，应变量为，直线斜率为，本实验利用式(8-2)进行测量，实验方法是：通过比较两次冷却过程，其中一次含有待测液体，另一次含有已知热容的标准液体样品，并使这两次冷却过程的实验条件完全相同，从而测量式(8-2)中未知液体的比热容。在上述实验过程中，使实验系统进行自然冷却，测出系统冷却过程中温度随时间的变化关系，并从中测定未知热学参量的方法，叫做冷却法

7、；对两个实验系统在相同的实验条件下进行对比，从而确定未知物理量，叫做比较法。比较法作为一种实验方法，有广泛的应用。利用冷却法和比较法来测定待测液体(如饱和食盐水)的热容的具体方法如下：利用式(8-2)分别写出对已知标准液体(即水)和待测液体(即饱和食盐水)进行冷却的公式，如下：(8.3)(8.4)以上两式中和分别是系统盛水和盐水时的热容。如果能保证在实验中用同一个容器分别盛水和盐水，并保持在这两种情况下系统的初始温度、表面积和环境温度等基本相同，则系统盛水和盐水时的系数与即，令和分别代表由(8-3)式和(8-4)式作出的两条直线的斜率，即，

8、，可得（8.5）式中和的值可由最小二乘法得出，热容和分别为，，其中分别为水和盐水的质量及比热容；分别为量热器内筒的质量及比热容；和分别为温度计浸入已知液体和待测液体部分的等效热容