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1、第27卷第3期物理实验Vol.27No.32007年3月PHYSICSEXPERIMENTATIONMar.,2007用计算机数据采集系统测量液氮的汽化潜热111233余建波,王瑗,陈民溥,王云,赵铁松(1.上海交通大学物理系,上海200240;2.北京化工大学物理系,北京100029;3.中国人民大学物理系,北京100872)摘要:在液氮汽化潜热的测量实验中,通过计算机数据采集系统准确记录了液氮汽化过程中质量的变化,并由铜的定压比热随温度变化的曲线准确计算出了液氮的汽化潜热.关键词:数据采集;汽化潜热;液氮;定压比热中图
2、分类号:O4239文献标识码:A文章编号:100524642(2007)0320014203式)的输出灵敏度为0.914mV/V,线性度为L≤1引言0.02%F.S.,最大量程为300g,激励电压为直流测量液氮的汽化潜热(简称汽化热)是国内一10V.LabCorder数据采集系统有2个信号输入[1～2]些高校开设的普通物理实验项目.由于液氮通道,并提供1,10,100,1000四个放大选择,电汽化过程快,测量数据波动大,实验中通常采用的压信号输入范围为-5～+5V.由于传感器输出秒表计时的动态称量法很难完整记录整个汽化过的
3、信号在mV级,实验中选择1000倍放大.[1～2]程.笔者在液氮的汽化潜热测量实验中引入3实验方法及数据处理计算机数据采集技术,不仅可以清晰地记录液氮的汽化过程,而且可以提高测量精度.3.1传感器定标重力传感器的输出电压U随所加砝码质量2实验装置m的变化如图2所示.从图中可以看出重力传感液氮汽化热测量实验装置示意图如图1所器的线性输出非常好.输出电压U和砝码质量m示.实验装置主要由重力传感器与直流稳压电的关系为:源、液氮保温容器、铜块、砝码、LabCorder数据采U=Uo+Km.(1)集系统、计算机等组成.重力传感器(电
4、阻应变片图1实验装置示意图图2输出电压U随定标砝码质量m的变化关系“第四届全国高等院校物理实验教学研讨会”论文收稿日期:2006205215作者简介:余建波(1980-),男,重庆潼南人,上海交通大学物理实验中心工程师,硕士,研究方向为计算机数据采集、开放式学习系统.3通讯联系人:赵铁松(1963-),男,吉林辽源人,中国人民大学物理系教授,博士,主要从事磁学与磁性材料方面的研究以及物理实验的教学与研究.E2mail:tszhao@ruc.edu.cn第3期余建波,等:用计算机数据采集系统测量液氮的汽化潜热15式中Uo为传
5、感器无负荷时输出电压,K为斜率,量,Δm为液氮吸收铜块热量汽化的质量.即传感器输出灵敏度.用最小二乘法对图2所示铜块所放出的热量可以通过2种方法计算,-2曲线拟合,得到K=1.729×10V/g.第1种方法利用铜的能量状态焓参量计算铜块降3.2数据采集温过程中能量的减少量即ΔQ;第2种方法由铜将液氮倒入液氮保温容器中,等液氮汽化趋块定压比热随温度变化的曲线得到铜块放出的热于平静以后把容器置于传感器上,开始运行Lab2量ΔQ.Corder采集液氮自然汽化的曲线(如图3所示的铜块在78K和300K的焓H值分别为[3]传感器输出
6、电压U随时间t的变化曲线a点,简79.6kJ/kg和6.02kJ/kg.因此质量为m(Cu)称a,下同),一段时间后(b)将铜块也放在重力传的铜块在从室温到液氮温度的过程中所放出的热感器上(c),时间尽量长一些,待信号趋于平静后量为:(d),再将铜块投入液氮中(g),液氮加速汽化数ΔQ=(H300K-H78K)m(Cu)=73.58m(Cu).据变化很快,可以实时在计算机显示器中看到,再(3)待铜块温度达到液氮温度(会有一声剧烈的响声,表1为铜在70～300K范围内的定压比热的[4]h),LabCorder的采集电压值又将
7、趋于平静,等液实验值.铜定压比热随温度的变化可以用4次氮表面汽化趋于自然的时候即可停止采集(i).方多项式拟合234由计算机数据采集系统所得到的液氮汽化过程中cp=A+B1T+B2T+B3T+B4T.(4)传感器输出电压U随时间t的变化曲线(图3)实式中A=-207.93,B1=8.100,B2=-0.04631,-4-7时再现了液氮汽化的物理过程.图中的e和f点B3=1.2549×10,B4=-1.3069×10.图4表示将铜块从传感器上提起再置入液氮前的一段所示为70～300K温度范围内铜的定压比热随时间内传感器输出的
8、电压.温度的变化曲线.表1在70～300K范围内铜的定压比热的实验值-1-1-1-1T/Kcp/(J·kg·K)T/Kcp/(J·kg·K)70171.5190350.080202.7200355.090229.5210359.4100252.2220363.5110271.2230367.112028
