10水的比汽化热的测定

实验十 水的比汽化热的测定
物质由液态向气态转化的过程称为汽化，液体汽化有蒸发和沸腾两种形式，两种形式均是液体中一些热运动动能较大的分子逸出液体表面成为气体分子的过程。

液体的温度越高，动能大的分子数越多，汽化就越快，汽化是一个吸热过程。

单位质量的液体转变为同温度的气体所需要吸收的热量，叫这种液体的比汽化热。

比汽化热不但和液体种类有关，还和汽化时的温度有关，温度升高，比汽化热减小。

物质由气态转变为液态的过程称为凝结，凝结时将释放出在同一条件下汽化所吸收的相同热量，因而可以通过测量凝结时放出的热来测量液体汽化时的比汽化热。

【实验目的】
1．熟悉集成电路温度传感器的特性和使用。

2．了解量热器的使用方法，测定水在100℃时的比汽化热。

3．学习分析热学量测量中的误差。

【实验仪器】
FD-YBQR 液体比汽化热测定仪（含主机、加热炉及支架、烧杯，AD590温度传感器、量热器），保温瓶，电子天平等。

【实验原理】 1.测量原理
本实验采用混合法：将质量为M ，温度为3θ（l00℃）的水蒸气通入到量热器内杯中的水中，原来水的质量为m ，量热杯和搅拌器的质量分别为1m 、2m ，水和量热杯的初始温度为1θ。

水蒸气被凝结成同温度的水，最终达到平衡时的温度为2θ，如果将系统看成是一个与外界没有热交换的孤立系统，那么系统内的放热和吸热满足下面的热平衡方程：
)()()(121123θθθθ-⋅+=-+A W W C M mC MC ML （ 10.1）
从而
)()(23121
1θθθθ---⋅+=
W A W C M
C M mC L （ 10.2）
其中：L 为水的比汽化热，W C 为水的比热容，1A C 为铝的比热容，m 为通汽前量热杯中水的质量，211m m M +=。

上面的公式是不考虑系统与外界热交换产生的热量损失时的结论，实验上只要有温差存在，就有热损失，因而存在系统误差。

本实验中热量的散失主要是蒸汽通入盛有水的量热器中，混合过程中量热器向外散失的热量，由此造成混合前水的初温与混合后水的终温不易测准。

可以通过下面的抵偿方法减小系统误差：
通入水蒸汽前将水温调低，使水的初温比室温低T
∆，通汽后当水温比室温高约∆时停止通汽，这样系统从外界吸收的热量和向外界放出的热量能尽可能抵消。

T
2、集成测温传感器AD590特性和使用
本实验采用AD590型集成电路温度传感器测量温度，其线性工作电压：4.5V～20V，它的输出电流I与温度θ满足如下的线性关系：
=θ (10.3)
A
⋅
I+
B
式中B称为传感器的温度系数（或灵敏度），约为℃
μ,即温度升高（或
1A
/
降低）C 1,流过传感器的电流就增加（或减小）l A
μ，A为传感器在摄氏零度
时的输出电流，该值与C 0的热力学温度273 K相对应（实验
使用时，可放在冰点温度下进行确定）。

利用上述特性，可以制
成各种用途的温度计。

在通常实验时，采取测量取样电阻R上
的电压求得电流，FD-YBQR主机里与传感器串联的取样阻为
Ω（见图10-1）。

1000±
1
%
在制造时每个传感器的B与A不可能完全相同，故实验前，
应先对其定标（即确定所用AD590的B和A），得到温度θ与电
流I的关系，从而根据测得的电压（或电流）求出对应的温度。

定标一般采用固定点法：利用控温测温仪测定出AD590在
不同温度下对应的电流，得到测量列（θ，I），用最小二乘法
对实验数据进行直线拟合，求出直线的斜率和截距即为B和A。

测量要求不高时，也可采用粗略的定标方法：即B近似取℃
μ，将传感
0.1A
/
器置于冰水混合物中，读出电压，确定出A值。

【实验步骤】
1．温度传感器AD590定标并测室温
将AD590的红黑接线分别插入到FD-YBQR主机面板中的对应孔，先记录传感器处在室温中时的电压读数。

再将传感器插入到冰水混合物中，读出稳定时的电压，计算出电流，即为A值。

2.测定水的汽化热
①称量热器内杯和搅拌器的总质量
M
1
②将盛有适量水的烧杯放在电炉上，接通电
源加热(可通过主机面板温控器旋钮调节加热
功率)，加热时要移去瓶盖，使低于沸点的水蒸
汽从瓶口排出。

③在量热杯中盛少量水，再掺冰水，使水量
为2/3杯左右，水温低于室温5～10℃为宜，
同时量热杯外不能结露。

称出量热杯、搅拌器
和水的总质量
M，计算出水的质量m。

2
④将量热器内杯放入量热器内，盖上量热器
盖，插入温度传感器，并观察测温仪读数，可以通汽时，擦干橡皮管口的水，将通汽气橡皮管插入水中（约1cm 深,不宜太深,以免通气管被堵塞），记录测温仪电压示数1U ，计算出水的初温1θ，及室温与水温1θ的温差ΔT 。

⑤盖上烧瓶瓶盖，让水蒸汽通入到量热杯的水中，同时搅拌杯内的水，当水温比室温高约ΔT 时，打开烧瓶盖停止通汽，停止电炉通电，移开量热器继续搅拌量热杯内的水，读出稳定时的电压2U ，计算末温2θ。

⑥称量量热杯、搅拌器和水的总质量3M ，计算出水蒸汽质量M 。

⑦换掉量热杯中的水．．．．．．．．，再重测一至两次。

取最接近公认值的一次作为实验的测量结果。

【注意事项】
1. 通过加碎冰或掺冰水降低水的初温时，温度不能过低，以免量热杯结露,要等冰全熔解后才能测初温和通汽。

2. 测初温到开始通水蒸汽的时间间隔要短。

3．初温与室温的温差要适当，要控制好通汽时间，使室温与初温和终温与室温的温差尽可能接近相等。

4．实验中要避免带入和溅出水滴。

【数据记录】
1．传感器粗略定标及室温测量(B 取℃/0.1A μ)
室温下: 室温U = mv ，冰水混合物中(0℃) : U 0= mv 则A= A μ。

测温公式：B
A
R U -=
/θ。

室温θ＝ ℃
2．水的比汽化热测量数据
表1：水的比汽化热测量数据记录表
量热杯、搅拌器质量M 1＝ g ，水蒸汽温度θ3= ℃，
【数据处理】
计算比汽化热和相对误差，取最接近公认值的一次作为测量结果，并对实验结果进行分析。

【思考题】
1．本实验的系统误差主要来源于哪些方面？怎样减小系统误差？
2．定标中B 和A 不准确，会造成温度测量误差，试分析这种系统误差对实验结果的影响。

3．在量热筒水中掺冰水，为什么不能使水温太低？准备冷水并测水的初温应在什么时候进行？
4．分析以下情况对实验结果的影响（使得测量结果偏大还是偏小？）： ①水未沸腾就盖上瓶盖，通入水蒸汽;
②橡皮管带入或带出了水滴或实验中有水溅出; ③通汽时间过长
5．用这套装置，怎样测量冰的熔解热？
附录：
1、水在C 100时的比汽化热公认值为：Kg J /1025.26⨯，水的比热容为：
)/(10187.43
K Kg J ∙⨯，铝的比热容：)/(109002.03
K Kg J ∙⨯。

2、 若考虑温度传感器的影响，应在公式10.1中加入传感器的热容量，本实验装置传感器
的热容量为 K J C m /10796.13
33⨯=。