固体比热容的测量
实验五 固体比热容的测量(电热法)
实验五 固体比热容的测量（电热法）
金属是重要的固态物质，本文对固体物质比热容的测量重点介绍了金属比热容的测量，金属比热容是金属物质的重要特性,本文重点介绍电热法测量固体比热容。
【实验目的】
1、掌握基本的量热方法——用量热器测热量法。
2、学习用电热法测固体的比热容。
【实验仪器】
热学综合实验平台、量热器、待测钢球、测温探头
【实验原理】
固体比热容指单位质量的热容量，也是特定粒子电子、原子、分子等结构及其运动特性的宏观表现。测量固体物质比热容对于了解固体物质性质，物质内部结构等都具有重要的意义，常用于测量固体物质比热容的方法有动态法、混合法、冷却法等。
金属是重要的固态物质，本书对固体物质比热容的测量重点介绍了金属比热容的测量，金属比热容是金属物质的重要特性,本实验重点介绍电热法测量固体比热容。 在量热器中加入质量为m 的待测物，并加入质量为0m 的水，如果加在加热器两端的电压为U ，通过电阻的电流为I ，通电时间为t ，则电流作功为：
UIt A = （5-1）
如果这些功全部转化为热能，使量热器系统的温度从1T ℃升高至2T ℃，则下式成立
()()1201100T T c c m c m mc UIt -+++=ω （5-2）
c 为待测物的比热容，0c 为水的比热热容，1m 为量热器内筒的质量，1c 为量热器内筒的比热容， 2m 为铜电极和铜搅拌器总质量，2c 为铜比热容。
由（5-2）式得
()[]m c c m c m T T UIt c //0110012ω----= （5-3）
为了尽可能使系统与外界交换的热量达到最小，在实验的操作过程中就应注意以下几点：
固体比热容的测量(混合法)
固体比热容的测量（混合法）
实验目的：
1、学会基本的量热方法——混合法。
2、测定金属的比热容。
3、学习一种修正散热的方法——用外推法修正温度。
仪器和用具：量热器 温度计 物理天平 停表 小量筒 待测物（金属块）
实验原理：
温度不同的物体混合之后，热量从高温物体传给低温物体，若与外界无热
量交换，最后将达到一均匀稳定的平衡温度。将质量为m 、温度为2t 、比热容
为x c 的金属块，投入量热器内筒中，根据热平衡原理，可列出
20011221()( 1.9)()x mc t t m c m c m c V t t -=+++-
20011221()( 1.9)()m c t t m c m c m c V t t ⨯-=++
+- 00112212( 1.9)()()x m c m c m c V t t c m t t +++-=- 内筒和搅拌器0.216C =⨯200铝J 卡
（9.0410C ）
kg 克C ，V 单位：cm 3 实验内容：
1、调节物理天平,称衡待测金属块、内筒及搅拌器的质量。
2、将高于室温(20—250C)的温水倒入内筒，盖好绝热盖，插好温度计不断搅拌，
每隔30秒记录一次温度，当温度不再下降时，迅速将系有细线的金属块（其温
度t 2为室温）放入量热器内筒水中，盖好绝热盖，继续搅拌，每隔30秒记录一
次温度至温度变化缓慢为止，将测量的t ί、 τί记入自拟表格中。
3、取出内筒(连同金属块,搅拌器和水)称衡其质量,再减去m 、m 1和m 2,即为水的
质量。
4、用小量筒测量温度计浸入水中部分的体积V 。
固体比热容
实验简介
1. 该实验内容是属于大学物理中的热学理论的基础 性实验，是研究如何测量固体的比热容。 2. 比热简介；
比热是物质的一种特性，各种物质都有自己的比热。比 比 热容(specific heat capacity) 物体升高单位温度时 热容 所吸收的热量，称为该物体的热容 热容，用符号C表示。单 热容 位质量物体的热容称为构成该物体的物质的比热容 比热容，用 比热容 符号c表示。如果物体的质量为m，物体热容与比热容的 关系为
实验结果分析和处理
1.将实验中测出的各个数值填入下表：
前8分钟 t（℃） 次 1 2 3 4 t 次 （℃） 5 6 7 8 次 1 2 3 4 中间2分钟 t（℃） 次 5 6 7 8 t（℃） 次 1 2 3 4 后8分钟 t（℃） 次 5 6 7 8 t（℃）
t2(℃) m 0（kg） m （kg） m1（kg） C（J·k—1·℃—1）
方法如下：若在实验中做出水的温～时曲线如图1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段表示混合后冷却过程。通过G点作与时间轴垂 直的一条直线交AB、CD的延长线于E和F，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 无限快的温度，即没有热 温 B A 量散失时混合前后的初温 度 E 就是热交换进行无限快的 t1 温度，即没有热量散失时 G 混合前后的温度；第三， 量热器表面若由于水滴附 t2 着，会使其蒸发而散失较 C F D 多的热量，这可在实验前 O 使用干燥毛巾擦净量热器 时间 图1 而避免。
固体比热容的测定及误差分析
固体比热容的测定及误差分析
郭超
200802050234 08物理（2）班
摘要：比热容是物质的一个重要物理特性，比热容的测量是热学中的一个基本测量，在新
能源的开发和新材料的研制中，物质的比热容的测量往往是不可缺少的，但由于散热因素多而且不容易控制和测量，使量热实验的准确度往往较低，因此，设法改进实验方法，提高使用精确度便成为人们关注的问题，本实验用混合法测出来金属块的比热容，并进行了散热修正是误差减小到了最低。
关键词：固体、比热容、误差分析
Abstract: The specific heat capacity is an important material and physical properties, specific heat capacity of thermal measurement is a basic measurement, development of new energy and new material, the material specific heat capacity measurements are indispensable, but the heat factor more and not easy to control and measurement, so that calorimetry experiments are often less accurate, therefore, seek to improve the experimental methods, increase the accuracy of people have become issues of concern, the experiment measured by the piece of metal mixed with the specific heat capacity, and amendment to the heat reduced to a minimum error.
固体比热测定
固体比热容的测定
指导老师：王亚辉
小组成员：李彦辉
张燚
杨朋波
胡宏明
电热法测固体比热容实验的改进
1引言
在传统的混合法测固体比热容实验中, 量热器等的吸热和散热一直是制约实验结果准确度的一个关键因素. 为了消除此类热量传递对测量结果的影响, 在一定的实验条件下, 可以近似地用作图法消除热交换的影响, 其次还要考虑量热器、搅拌器等的等效比热容和质量, 处理过程相当麻烦. 本实验采用电热法, 通过控制放试件和不放试件两种情况下的初末温度和液面高度, 将上述种种热散失抵消掉, 使测量较准确, 操作较简单. 另外, 本实验采用传感器加模拟电路来测量温度, 使温度的测量更准确; 用不锈钢杜瓦瓶代替传统的量热器筒和保温套筒,减少了向外界的热量散失, 且使用方便
2实验改进方法
实验装置如图1所示. 待测样品及水放在杜瓦瓶中, 并设置了AD590温度传感器和电加热器、搅拌器. 水面高度为杜瓦瓶的3/ 5左右;样品不宜太大或太小; AD590和样品大致位于水深的中部; 电加热器置于偏下部.设加热电压为U, 电流为I, 则电加热器在时间T内放出的热量为UIS. 此热量使量热器的整体温度由t1 升至t2. 根据能量守恒定律, 可得如下方程
UIT= (mc+ m0c0+ C1 + C2 + C3) (t2 - t1) + ΔQ ( 1)
式中, m, c为待测物的质量和比热容; m0, c0 为水的质量和比热容; C1, C2, C3 分别为在此实验状况下量热器( 包括搅拌器) 、电加热器、温度传感器的等效热容量; ΔQ为其它因素散失的热量.
比热容是如何测量的？
比热容是如何测量的？
比热容是热学中一个重要的物理量，它用来描述物体在吸热或放热
过程中的热量变化情况。本文将介绍比热容的定义以及几种常用的测
量方法。
一、比热容的定义
比热容是指单位质量物质在单位温度变化下吸收或释放的热量。它
的计量单位是焦耳每千克每开尔文（J/kg·K）。比热容可以用来表征物质的热惯性，即物体吸收或放出热量所需的温度变化。
二、恒压热容法
恒压热容法是一种常用的测量比热容的方法。在恒定的压力条件下，通过测量物质在不同温度下的热量变化，可以计算出比热容。
具体的实验步骤如下：
1. 将待测物质置于一个恒温容器中，比如热水浴或恒温槽。
2. 在容器中加入一定量的热量，使物质温度升高。
3. 同时记录物质温度与所输入的热量变化值。
4. 通过计算物质的比热容，可以得出比热容的数值。
恒压热容法适用于固体、液体和气体等不同状态的物质，具有广泛
的应用。
三、差热法
差热法也是一种常用的测量比热容的方法。它通过测量物质与热源
之间的温度差异，计算比热容。
实验步骤如下：
1. 将物质与热源接触，在一段时间内加热或冷却物质。
2. 同时记录物质温度的变化以及与热源接触的时间。
3. 利用热流量和温度差的关系，计算出物质的比热容。
差热法对于固体和液体热容的测量更为常见，它的优点是不需要特
殊的设备，适用于简单实验。
四、绝热量热容法
绝热量热容法是一种精确测量比热容的方法。它通过控制物体与外
界的热量交换，在绝热条件下测量比热容。
实验步骤如下：
1. 将待测物质置于一个绝热容器中，确保与外界几乎没有热量交换。
2. 在一定时间范围内记录物质温度的变化。
4 固体比热容的测量
实验18 固体比热容的测量
（一）混合法测量固体比热容
[实验目的]
1．学习量热的基本方法——混合法
2．学习一种修正散热的方法——温度的修正
3．测定金属的比热容
[实验仪器]
量热器、双壁加热器、蒸汽锅、电炉、水银温度计（0-50.0℃，0－100℃）各一支、物理天平、停表、量筒。
[仪器介绍]
1．量热器
为了使实验系统（包括待测系统与已知其热容的系统）成为一个孤立系统，我们采用量热器。传递热量的
上端的木盖可严密地盖着，避免空气对对流所引起的热量损失；外筒的内壁和内筒的外壁均电镀得十分光
接着立即作投放加热样品的准备工作，并读取温度1T ，此时停表应继续走动，直至样品投放到水中，记下这个时刻的时间1t ，同时一边搅拌，一边记录每经过几秒钟到十几秒钟的水温，因为曲线BC 这一段温升很快，所以测温时间间隔要短。测CD 线段时，其测温得时间间隔可适当拉长，测量5个测温点即可作CD 段。 根据上述测量的T －t 数据，以T 为纵坐标，以t 为横坐标，即得如图（2—3—18—4）的T －t 曲线。A 点对应的时刻就是测水温开始的时间0t ，B 点对应的时刻就是1t ，而不是5分钟末的时间。然后作图 即得混合前后冷水的初温2T 和末温T 。
把各个物理量的测量值代入式（2-3-18-1）即可算出金属样品的比热容x C 。图（2—3—18—4）中的G 点所对应的温度应为室温所在的位置，这样才不影响温度的修正。 [实验内容和要求]
1．混合法测定铜块的比热容 2. 混合过程中散热的温度修正法
3．混合前量热器（含水）系统温度低于室温（加冰块），测量系统随时间吸热变化的温度。 4．混合过程快速测量变化的温度 5．数据处理：C x 与标准值求百分误差 ［注意事项］
固体比热容的测量
实验简介
19世纪，随着工业文明的建立与发展，特别是蒸汽机的诞生，量热学有了巨大的进展。经过多年的实验研究，人们精确地测定了热功当量，逐步认识到不同性质的能量（如热能、机械能、电能、化学能等）之间的转化和守恒这一自然界物质运动的最根本的定律，成为19世纪人类最伟大的科学进展之一。从今天的观点看，量热学是建立在“热量”或“热质”的基础上的，不符合分子动理论的观点，缺乏科学内含。但这无损量热学的历史贡献。至今，量热学在物理学、化学、航空航天、机械制造以及各种热能工程、制冷工程中都有广泛的应用。
比热容是单位质量的物质升高（或降低）单位温度所吸收（或放出）的热量。比热容的测定对研究物质的宏观物理现象和微观结构之间的关系有重要意义。
本实验采用混合法测固体（锌粒）的比热容。在热学实验中，系统与外界的热交换是难免的。因此要努力创造一个热力学孤立体系，同时对实验过程中的其他吸热、散热做出校正，尽量使二者相抵消，以提高实验精度。
实验原理
混合法测比热容
设一个热力学孤立体系中有种物质，其质量分别为，比热容为
（）。开始时体系处于平衡态，温度为，与外界发生热量交换后又
达到新的平衡态，温度为
，若无化学反应或相变发生，则该体系获得（或放出）的热量为
假设量热器和搅拌器的质量为，比热容为，开始时量热器与其内质量
为的水具有共同温度，把质量为的待测物加热到后放入量热器内，最后这一系统达到热平衡，终温为。如果忽略实验过程中对外界的散热或吸热，
则有
式中为水的比热容。代表温度计的热容量，其中是温度计浸入到水中的体积。
⏹系统误差的修正
固体比热容
C
mc(t2 ) (m0c0 C)( t1) (1)
由此可得金属块的比热
c (m0c0 C)( t1)
(2)
m (t2 )
量热器的热容可以根据其质量和比热容算出。设量热
器和搅拌器相同物质制成，其质量为m1
则
，比热容为c1
，
C m1c1 C
(3)
式中C 为温度计插入水中的部分的热容。C 的值可由下
C mc
对于气体，在不同变化过程中其热容与比热容的值都是 不同的；对于固体和液体，这种差别很小，可以忽略。
气体在等体变化过程中的比热容称为比定容热容， 用符号 C表V 示。
气体在等压变化过程中的比热容称为比定压热容， 用符号 CP表示。
气体的比定压热容与比定容热容之比称为比热容比 ，用符号 表示，即
CV / CP
实验目的和意义
❖ 学会最基本的测量热量的方法——混合法。 ❖ 测量金属的比热。 ❖ 学习热学实验中系统散热带来的误差的修
正方法。
实验原理及设计
温度不同的物体混合后，热量将由高温物体传 给低温物体。如果在混合过程中和外界没有热交换 ，最后将达到均匀稳定的平衡温度，在这过程中， 高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，此 称为热平衡原理。本实验及根据热平衡原理用混合 法测定固体的比热。
2．使用坐标纸，绘制温～时曲线，进行散热修正，
固体比热容测定
固体比热容的测定
【实验目的】
1． 学会用电热法测定固体的比热容；
2． 熟练掌握物理天平和量热器的使用方法。
【实验仪器】
HAQC-2电热法测固体比热容装置 HADM-T 数字温度计 HAYT-30直流稳压电源 HADM-A 2数字电流表 天平 实验连接线 HADM-V 8数字电压表 秒表 固体样品
【技术指标】
1． 电阻丝的阻值： R=30Ω
2． 铜电极的质量： m 4= g
【实验原理】
设在量热器中，装有质量为m 1、比热容为c 1的液体（蒸溜水），蒸溜水中安装有阻值为R 的电阻丝，将待测固体样品放入蒸溜水中。如果按照实验电路图一，闭合开关K ，则有电流通过电阻丝R ，根据焦耳—楞次定律，电阻产生的热量为
Q 放=IUt （1）
其中I 为电流强度，单位用安培；U 为加在R 上的电压，单位为伏特；R 为电阻，单位用欧姆； t 为通电时间，单位用秒，则热量Q 的单位为焦耳。
待测固体样品、蒸溜水、量热器内筒和铜电极等吸收电阻R 释放的热量Q 放后，温度升高。若量热器中固体的质量为m 、其比热容为c ；水的质量为m 1，其比热容为c 1；量热器内筒的质量m 2，其比热容为c 2；搅拌器的质量为m 3，其比热容为c 3；铜电极的质量为m 4，其比热容为c 4。初始温度（包括量热器及其附件）为T 1，加热终了的温度为T 2，则有
Q 吸=（cm ＋c 1m 1＋c 2m 2＋c 3m 3＋c 4m 4）（T 2－T 1） （2）
因 Q 放= Q 吸
所以 IUt=（cm ＋c 1m 1＋c 2m 2＋c 3m 3＋c 4m 4）（T 2－T 1） （3） 由上式得： ()4][14433221112c m c m c m c m T T I U t m c -----=
固体比热容
5.1.3 固体比热容的测量 PB05207009 王一莘 世纪，随着工业文明的建立与发展，特别是蒸汽机的诞生，量热学有了巨大的进展。世纪人类最伟大的科学进展之一。从今天的观点看，量热学是建立在“热量”或“热质”不符合分子动理论的观点，缺乏科学内含。但这无损量热学的历史贡献。至今，航空航天、机械制造以及各种热能工程、制冷工程中都有广泛的应 （锌粒）的比热容。在热学实验中，系统与外界的热交换是难因此要努力创造一个热力学孤立体系，同时对实验过程中的其他吸热、散热做出校正， 混合法测比热容 n种物质，其质量分别为m，比热容为ic（1,2,...,in）。T，与外界发生热量交换后又达到新的平衡态，温度为2T， 112(....)()nnQmcmcTT m，比热容为1c，开始时量热器与其内质量为m的水具T，把质量为xm的待测物加热到/T后放入量热器内，最后这一系统达到热平衡，T。如果忽略实验过程中对外界的散热或吸热，则有 31112()(2.0/)()xxmcTTmcmcVJKcmTTc为水的比热容。32.0/VJKcm代表温度计的热容量，其中V是温度计浸入到水中的 由于无法避免系统与外界的热交换，实验结果总是存在系统误差，有 要尽量减少与外界的热量交换，使系统近似孤立体系。此外，量热器不要放在电炉 采取补偿措施，就是在被测物体放入量热器之前，先使量热器与水的初始温度低于但避免在两热器外生成凝结水滴。先估算，使初始温度与室温的温差与混合这样混合前量热器从外界吸热与混合后向外界放 缩短操作时间，将被测物体从沸水中取出，然后倒入量热器筒中并盖好的整个过程， 严防有水附着在量热筒外面，以免水蒸发时带走过多的热量。 沸点的校正。在实验中，我们是取水的沸点为被测物体加热后的温度，但压强不同，为此需用大气压强计测出当时的气压，再由气压与沸点的关5.3.3-1查出沸点的温度。 散热的影响仍难以完全避免。被测物体放入量热器后，水温达到最高整个系统还会向外散热。所以理论上的末温是无法得到的。这就需要通过实验的方4-5min就开始测度量热器中水的温度，每隔1min0.5min测读一次。直到升温停止15min截止。由实验数据Tt曲线（图5.3.3-1）。 2）中的初温度T和末温2T，在图5.3.3-1中，对应于室温T室曲线上之点作一垂直与横轴的直线。然后将曲线上升部分AB及下降部分CD延长，与此垂线分别相E点和F点，这两个焦点的温度坐标可看成是理想情况下的T和2T，即相当于热交换 称出质量为m的锌粒，放入试管中隔水加热（注意：水不能溅入）。在沸水中至少，才可认为锌粒与水同温。水沸腾后测
固体比热容的测量
固体比热容的测量
----冷却法测定金属的比热容
实验目的：学会冷却法测定金属的比热容。利用铜样品为标准样品，测定铁、铝样品在
所规定的温度时的比热容。
实验仪器：冷却法金属比热容测量仪
实验原理：单位质量的某物质，其温度升高10C 所需要的热量叫做该物质的比热容，其
值随温度的变化而变化。其单位时间的热量损失（）与温度下降的速率成正比，于是有：
t
M C t ∆∆=∆∆111Q
θ 根据冷却定律有：
m S a t
)(Q
0111θθ-=∆∆ m S a t
M C )(011111θθθ
-=∆∆
1C 为样品在1θ温度下时的比热容，
t
∆∆1
θ为金属样品在温度为1θ时温度下降速度，1a 为热交换系数，1S 为样品外面的面积，1θ为样品的温度，0θ为周围介质的温度。
同理：对质量为M 2，比热容为2C 的另一种金属样品，可有同样的表达式， m S a t
M C )(022222θθθ
-=∆∆ 由此可得
m
m S a t M S a t M C )()(C 01112
2202221
1
1
12θθθθθθ-∆∆-∆∆=
如果两样品的形状大小相同1S =2S ，2121,a a =∆=∆θθ 则有
2
22
1
11
12C t M t M C ∆∆∆∆=θθ
已知样品的比热容1C ，则可以求待测金属在此温度下的比热容
实验步骤：1选取样品，样品的长度，直径，表面光洁度尽可能相同
2打开仪器，将仪器的电压示值调零（热端和冷端都在空气中） 3正确放置热端和冷端，将金属样品放置在相应位置放好
4打开热源，给样品加热至150 0C （电压示值为6.702mV ）后，断开热源 5温度降至102 0C （示值为4.37mV ）时开始计时，至98 0C （示值为4.18mV ）
固体比热容的测量（混合法）
固体比热容的测量（混合法）
一、实验目的
1、掌握基本的量热方法-----混合法；
2、测定金属的比热容。
二、实验仪器和用具
量热器、温度计110o C ⎛⎫
⎪
⎝⎭
、物理天平、停表、加热器、小量筒、待测物（金属块）
。 三、实验原理
温度不同的物体混合之后，热量将由高温物体传给低温物体。如果在混合过程中和外界
没有热交换，最后将达到均衡稳定的平衡温度，在这个过程中，高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量，此称为热平衡原理。本实验即根据热平衡原理用混合法测固体的比热。
将质量为m 、温度为2t 的金属块投入量热器的水中。设量热器（包括搅拌器和温度计插入水中的部分）的热容为C ，其中水的质量为0m ，比热容为0c ，待测物投入水中之前的温度为1t 。在待测物投入水中以后，其混合温度为θ，则在不计量热器与外界的热交换的情况下，将存在下列关系：
()()()2001mc t m c C t θθ-=+- （1）
即：
()()()
0012m c C t c m t θθ+-=- （2）
量热器的热容C 也可以用混合法测量。即先将热容器中加入质量为'0
m
（以g 为单位）的水，它和量热器的温度为'
1
t
，其次将质量为''
0m （以g 为单位）温度为'2
t
的温水迅速倒入
量热器中，搅拌后的温度为
'
θ
，则根据式（1-1），得
(
)(
)()''
'
'
'
'
'
2001
C
m c
t m c t θθ
-=
+- （3）
即：
(
)''
'
'
2''
'0
1
C m c
t m c
t
θθ-
=
-
- （4）
但是用混合法测量热容器热容C 时，要注意使水的总质量'
固体比热容
【 实 验 目的】 1. 用混合法测定固体的比热容，并了解混合法的优点和条件； 2. 根据实验误差的分析和要求，合理地选择温度和时间等重要参量并安排好实验步骤；
【 实 验 原理】
某种质量为 m 的物质，温度升高（或降低） t 时，所吸收（或放出）的热量为
Q m c t
（1）
式中 c 为该物质的比热容，在一定的温度范围内，它近似等于恒量。下面着重探讨如何测量
(������0 − ������1) ≈ (������ − ������0) ≈ 4℃时,实验效果较好。在实验时，将量热器的内筒取出，盛入适量自 来水，并放入冰块降温。建议使水下降的温度比预定的������1值，再低约 0.5℃，然后将内筒放 入量热器内让其温度缓慢回升，并适当搅动搅拌器。
（2）质量大小的选择 尝试选择水和被测物之间的质量比例关系,以确保温差明显，即(������0 − ������1)或(������ − ������0)的值 要明显。通常可以先确定被测物柱形铝锭的质量，再确保水初温基本不变的情况下，多次更 换水的质量，进行尝试,最终可以找到比较合适的质量。 4. 实验操作要点 （1）取适量自来水，用冰块降温；降到所需温度范围后，需用镊子将冰块取出，再调 整量筒里水的质量������1。 （2）给铝锭加热时，原则上应用水蒸气进行加热。但本实验受条件限制，粗略地做法 是直接将铝锭放入水中加热，并建议盖上加热器的盖子，以确保受热均匀。待水沸腾后约 1 分钟后可以将铝锭迅速取出放入量热器，且不要让水溅起来，同时迅速盖好量热器盖。 （3）铝锭被加热后达到的温度������2，可间接通过沸水的温度获得。 （4）使用量热器的搅拌器和数字温度计时，搅拌器时要上下晃动；温度计探头要没于 液面下，但不能直接与铝锭接触，也不能与量热器内筒壁接触。 （5）用秒表记录时间，建议在将加热后的铝锭放入量热器之前，每隔 30 秒读取一次温 度值，当投放铝锭后每隔 5 秒钟读取一次，待温度上升基本稳定后又每隔 30 秒读取一次。 5. 实验数据处理及误差分析 （1）温度的修正 首先利用温度和时间这组数据,作出“时间—温度”图线，依据室温t0 ，根据牛顿冷却定
固体比热容的测定
固体比热容的测定
一、实验目的
1. 学习用等温法测定固体的比热容。
2. 了解比热容的概念和测量方法，提高实验操作能力和实验数据处理能力，增强实验思维和创新能力。
二、实验原理
1.比热容的概念
比热容是指单位质量的物质温度升高一个单位温度所需吸收的热量，是物质热惯性的表征。在等温过程中，物质内部的温度是均匀的，所以固体的比热容是个常量。其单位为J/(kg·℃)。
2.等温法测定固体的比热容
等温法是指在某一温度下，将试样与热源充分接触，使两者达到热平衡（温度相等）状态，再将试样与温度计等器充分接触，使其达到热平衡状态，然后记录下温度计等器的初始温度ti，再将热源迅速取走，记录下试样的温度升高Δt，同时测出试样的质量m。这样，就可以测得固体比热容的数值。
ΔQ=Δt·m·c
三、实验步骤
1.首先将盛装试样的绝热容器放在热源上，加热至所需温度（暂定为100℃）。
2.在等温过程中，测定温度计等器的初始温度ti。测温后，应该避免温度计等器温度变化。
3.等温时，取出安装在溶胶上的试样，快速用清洁毛巾擦干试样表面，放到绝热容器内，并立即盖好瓶盖。
4.倒计时，时间到即取出试样，用温度计等器测量试样终温tf。
5.记录下试样的数量m。
6.根据公式ΔQ=Δt·m·c计算固体比容容。
四、实验注意事项
1. 温度计等器测定温度不要露出试样。
2. 达到温度后，一定要让试样在绝热容器内达到热平衡。
3. 试样加热前，先除去表面的水和杂质，避免影响温度计等器的测量。
4. 接触试样的手和器具要洁净，避免铁片和刹车盘等钢铁材料的接触，以免污染试样，影响实验结果。
电热法测固体的比热容
电热法测固体的比热容
概述
比热容是单位质量的物质温度升高1℃时需吸收的热量，它的测量是物理学的基本测量之一。比热容的测量方法很多，有混合法、冷却法、比较法（用待测比热容与已知比热容比较得到待测比热容的方法）。由于散热因素很难控制，不管哪种方法准确度都比较低。但实验比理论计算简单、方便，有实用价值。应当在实验中进行误差分析，找出减小误差的方法。
【实验目的】
1、掌握基本的量热器的使用方法。
2、学会用电热法测量固体的比热容。
【实验仪器】
HLD-ESR-II 型电热法固体比热容测定仪、量热器、测温探头、物理天平、待测金属块、
【实验原理】
在量热器中放入质量为m 的待测物,并加入质量为0m 的水,如果加在加热器两端的电压为
U , 通过电阻的电流为I , 通电时间为t , 则电流作功为：
UIt A = （1）
如果这些功全部转化为热能，使量热器系统的温度从T 1℃升高至T 2℃，则下式成立
))((121100T T c m c m mc UIt -++= （2）
由2式得
）
（12121100)
)((T T T T c m c m UIt c --+-=
（3）
c 为待测物的比热容, m 为待测物的质量，0c 为水的比热容, 0m 为水的质量，1m 为
量热器内筒、搅拌器和加热器的质量，1c 为量热器内筒、搅拌器和加热器的比热容（为铜材制成）。
【实验步骤】
1、用天平称出量热器内筒质量m /,加入一定量的水后用天平称出其总质量M ，则水的质量/0m M m -=。
2、用天平称取一定质量m 的金属块放于量热器水中,连接好量热器装置。放入待测金属块要轻放。
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固体比热容的测量
一、 实验目的
1、 掌握基本的量热方法——混合法;
2、 测定金属的比热容;
3、 学习一种修正散热的方法。
二、 实验仪器
量热器、温度计(0、00-50、00 0C 与0、0-100、0 0C 各一支)、物理天平、待测金属粒、冰、停表、加热器、量筒等。
三、 实验原理
1、 混合法测比热容
依据热平衡原理,温度不同的物体混合后,热量将由高温物体传给低温物体,如果在混合过程中与外界无热量交换,最后达到均匀稳定的平衡温度。根据能量守恒定律,高温物体放出的热量就应等于低温物体吸收的热量,即:
本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体的比热。设量热器(包括搅拌器与温度计插入水中部分)的热容为C,实验时,量热器内先盛以质量为0m ,温度为1t 的冷水,之后,把加热到温度为2t 质量为m 的待测金属块投入量热器中,经过热交换后,水量热器与金属块达到共同的末温θ,依热平衡方程有:
))(()(1002t C c m t mc -+=-θθ (1)
即 )
())((2100θθ--+=t m t C c m c (2) 量热器的热容C 可以根据其质量与比热容算出。设量热器筒与搅拌器由相同的物质制成,其质量为1m ,比热容为1c ,则
C c m C '+=11 (3)
式中C '为温度计插入水中部分的热容。C '的值可由下式求出:
{}{
}3109.1cm C J V C ='-⋅ 式中V 为温度计插入水中部分的体积。{}10-⋅'C J C 表示C '以J ·0
C -1为单位时的数值,而{}3cm V 表示V 以cm 3为单位时的数值。
2、 系统误差的修正
上述讨论就是在假定量热器与外界没有热交换时的结论。实际上只要有温度差异就必然会有热交换存在,因此实验结果总就是存在系统误差,有时甚至很大,以至无法得到正确结果。所以,校正系统误差就是量热学实验中很突出的问题。为此可采取如下措施:
1)要尽量减少与外界的热量交换,使系统近似孤立体系。此外,量热器不要放在电炉旁与太阳光下,实验也不要在空气流通太快的地方进行。
2)采取补偿措施,就就是在被测物体放入量热器之前,先使量热器与水的初始温度低于室温,但避免在两热器外生成凝结水滴。先估算,使初始温度与室温的温差与混合后末温高出室温的温度大体相等。这样混合前量热器从外界吸热与混合后向外界放热大体相等,极大地降低了系统误差。
3)缩短操作时间,将被测物体从沸水中取出,然后倒入量热器筒中并盖好的整个过程,动作要快而不乱,减少热量的损失。
4)严防有水附着在量热筒外面,以免水蒸发时带走过多的热量。
5)沸点的校正。在实验中,我们就是取水的沸点为被测物体加热后的温度,但压强不同,水的沸点也有所不同。为此需用大气压强计测出当时的气压,再由气压与沸点的关系通过查表查出沸点的温度。
采取以上措施后,散热的影响仍难以完全避免。被测物体放入量热器后,水温达到最高温度前,整个系统还会向外散热。所以理论上的末温就是无法得到的。这就需要通过实验的方法进行修正:在被测物体放入量热器前4-5min 就开始测度量热器中水的温度,每隔1min 读一次。当被测物体放入后,温度迅速上升,此时应每隔0、5min 测读一次。直到升温停止后,温度由最高温度均匀下降时,恢复每分钟记一次温度,直到第15min 截止。由实验数据作出温度与时间的关系t T -曲线,如图1所示。
图1 温度与时间的关系曲线 为了推出公式(2)中水的初温度1t 与末温θ,在图1中,对应于室温在曲线上之O 点作一垂直与横轴的直线。然后将曲线上升部分AE 及下降部分FD 延长,与此垂线分别相交于B 点与C 点,这两个交点的温度坐标可瞧成就是理想情况下的T 1与T 2,即相当于热交换无限快时水的初温1t 与末温θ。
四、 实验内容与步骤
1、称出质量为m 的金属粒,放入加热器中隔水加热。在沸水中至少15min,才可认为金属粒与水同温。水沸腾后测出大气压强P 。
2、在金属粒加热的同时,称出量热器内筒及搅拌器质量1m ,然后倒入适量的水,并加入冰屑使水温降低到室温下6~4(注意:不能使筒外表有水凝结),称出总质量10m m +,求出水的质量0m 。
3、在倒入金属粒前,一面用棒轻轻搅动,一面每隔一分钟测一次水温,计时5分钟后将加热好的金属粒迅速而准确地倒入量热器内(注意:不能使量热器中水溅出,又切勿碰到温度计),立即将盖盖好并继续搅拌,同时,每隔半分钟测一次水温。至水温均匀下降,每隔一分钟测一次水温,连续10min 左右为止。
4、用排水法将温度计浸没于水下的体积在小量筒中测得。先将水注入小量筒中,记下其体积1V ,然后将温度计插入水中,使温度计插入水中的体积与在量热筒中没入水中的体积相同(以从量热筒中取出温度计上水印为准),读出液面升高后的体积2V ,则温度计插入量热筒水中的体积为:12V V V -=(注意:实验中温度计中的水银泡一定要没入水中,但又不能碰到锌粒)。
5、查表得到实验气压条件下水的沸点T ',即作为金属粒加热后的温度2t 。
6、作温度-时间曲线,求出1T 与2T ,即公式(2)中水的初温度1t 与末温θ。
五、数据记录及处理
自拟表格记录测量的有关数据。根据公式(2)求出金属粒的比热c ,并与其标准比热比较,求出相对误差。
六、思考题:
1.混合量热法的原理就是什么？它的基本实验条件就是什么？如何保证？
2.实验中质量称衡采用了精度较低的物理天平,为什么测量温度却采用了分度值为0.10
C 的精密水银温度计?
3.为了提高量热精度,实验中采取了哪些措施？
4.试分析您在实验中对各参量(如温度、水的质量等)的选取就是否得当?
[附记]
温度计插入水中部分的热容可如下求出:已知水银的密度为13.6g ·cm -3,比热容为0、139J ·g -1·0C -1,其1cm 3的热容为1、89 J ·cm -3·0C -1。而制造温度计的耶那玻璃的密度为2.58 g ·cm -3,比热容为0、83 J ·g -1·0C -1,其1cm 3的热容为2、14J ·cm -3·0C -1,它与水银的很相近,因为温度计插入水中部分的体积不大,其热容在测量中占次要地位,因此可认为它们1cm 3的热容就是相同的。设温度计插入水中部分的体积为V(以cm 3为单位),则该部分的热容C '的数值可取为{}{}3109.1cm C J V C ='-⋅,V 可用盛水的小量筒去测量。