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时间:2020-11-25
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1、冷却法测量金属的比热容【实验目的】(1)测量固体的比热容。(2)了解固体的冷却速率与环境之间的温差关系,以及进行测量的实验条件。【实验仪器】本实验装置是金属比热容测量仪;实验样品是直径5mm、长30mm的小圆柱,其底部深孔中安放铜—康同热电偶。【实验原理】单位质量的物质,其温度升高1K(或1℃)所需的热量叫该物质的比热容,其值随温度而变化,将质量为的金属样品加热后,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()应与温度下降速率成正比,由此到下述关系式:①式中为该金属样品在温度时的
2、比热容,为金属样品在温度时的温度下降速率,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,为为金属样品的温度,为周围介质的温度。由式①和②,可得:③同理,对质量为,比热容为的另一种金属样品,有:④由式③和式④,可得:如果两样品的形状尺寸都相同,即;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。于是当周围介质温度不变(即室温恒定,而样品又处于相同温度=)时,上式可以简化为:如果已知标准金属样品的比热容,质量,待测样品的质量及两样品在温度时冷却速率之比和,就可求
3、得待测金属的比热容。已知铜在100℃时的比热容为:【实验内容】1.测量铁和铝在100℃时的比热容。步骤:(1)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。再根据>>这一特点,把它们区别开来。(2)使热电偶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200℃(8.5~9.5mV)时,切断加热电源移去加热源,样品继续放在有机玻璃圆筒内自然冷却。当温度降到接近102℃时开始记录,测量样品从102℃降到98℃所需要的时间。每种
4、样品重复测量5次。【实验数据】样品质量:12.606;10.902;3.990。热电偶冷端温度:=0。样品由102下降到98所需时间(单位为)次数样品12345平均值Fe17.0417.1617.8517.4117.5217.396Cu16.4116.4415.9916.3716.4416.33Al9.949.9110.4110.2510.0010.102以铜为标准:铁:铝:【误差分析】查资料得Fe在100ºC下的比热容为实验误差系数Al在100ºC下的比热容为实验误差系数对误差产生的原因估计有:1.计时造成的误差
5、:通过肉眼判断计时开始与结束的时间,不够精确,存在误差2.室温变化造成的误差:实验中要求室温不变,但随着金属不断放热,室温很可能会升高,则室温从升高到,查阅资料,比热容的计算式应修改成,其中为常数,且,使测量值比实际值偏大,但实际情况却为偏小,说明室温变化较小,其他误差占主导因素。3.热电偶冷端温度的变化:由于未及时向冷端加入冰块,使得冷端温度有少许升高,从而导致测量所得时间偏大4.金属比热容测量仪的传感器响应时间可能存在少量误差
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