实验五、冰的熔化热的测定(混合法)知识分享

时间t变化的曲线如图所
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示:
1 与B 量热2
器内筒温度所对应的时
刻分别为
t1 t t2
根据(4)式，系统温度从 1 变为 B 这段时间系统 向外界散失的热量：
将此值代人(1)式，并取 c0 4.19103J／(kg·℃)，
0 ＝0℃， 1 和 2 都取摄氏度，可得
M 1 ( 4 . 1 9 1 0 3 m c 1 m 1 c 2 m 2 1 . 9 1 0 6 V ) ( 1 2 ) 4 . 1 9 1 0 3 2
(3)
2、根据牛顿冷却定律补偿散热
六、实验原理
1、用混合法测定冰的熔解
在一定的压强下，晶体熔解过程中的温度(称为熔点) 是不变的。单位质量的某种晶体熔解成同温度的液体所
吸收的热量称为该晶体的熔解热。熔解热用λ表示，单
位为J／kg。
混合量热法就是将待测子系统Ⅰ(在本实验中是冰
块)和已知热容为 c 2 的子系统Ⅱ(在本实验中是量热器
内筒、搅拌器、温度汁浸没在水中的部分及水)混合， Ⅰ和Ⅱ组成一个近似与外界无热交换的孤立系统，根据 热平衡原理，于是Ⅱ放出的热量 Qc2 全部被Ⅰ吸 收，这就是混合量热法的基本原理。
和环境温度 B 的
差成正比，数学表达式为
ddQt kA B
（4）
这就是从大量实验总结出来的牛顿冷却定律。式中k
为散热系数，其数值与系统表面的热辐射本领和面积有
关，在系统表面状态变化不大的情况下，k为一常量.设 系统的热容为C，即 dQCd ，(4)式还可写成：
d
dt
Ck A
B
(5)
式中 d 称为系统的冷却速率。
a. 牛顿冷却定律
热量的测量是热学中的另一个基本测量.当系统由于
吸收(或放出)一微小热量dQ 而温度升高或降低 d ，
dQ d
C
，这个量C
就定义为该系统的热容.实验中测
出 d ，在已知系统的热容情况下就可测出系统吸收(或
放出)的热量.在一些实验中，为了测量实验系统内各个
子系统之间的热量交换，要求整个实验系统为一个与外
一、实验目的 1.学习温度和热量的初步测定方法，掌握用混合法 测定冰的熔解热。 2.学习用牛顿冷却定律补偿散热。
二、实验内容 学习温度和热量的初步测定方法，掌握用混合
法测冰的熔解热。 三、实验重点
1.学习用牛顿冷却定律补偿散热。 2.掌握对测量结果的标准不确定度进行评定。 四、实验主要仪器设备及材料
（密度 2.5103kg/m3，比热容为 0.79103 J/(kg·℃) 和水银（密度为 13 .6103kg/m3，比热容为 0.14103
J/(kg·℃)），根据热容 Ccm cV ，两者的比热
容与密度的乘积基本相同，那么温度汁浸入液体部分的 体积V(立方米单位)对应的热容为
C w c m cV 1 .9 1 0 6 V (J /o C )（2）
合量热法的基本原理得到 M c 0 M ( 2 0 ) ( c 0 m c 1 m 1 c 2 m 2 C w ) ( 1 2 ) 因此冰的溶解热为
M 1 ( c 0 m c 1 m 1 c 2 m 2 C w ) (1 2 ) c 0 (2 0 )(1)
温度计的热容Cw可这样计算：水银温度汁由玻璃
实验五、冰的熔化热的测定（混合法）
热学实验涉及到对基本物理量之一的温度的测量. 因为只有在热平衡条件下系统各部分的温度才相同，所 以测定系统的温度时，必须使系统处于热平衡状态.
实验五、冰的熔化热的测定（混合法）
• 实验目的 • 实验内容 • 实验重点 • 实验仪器设备及材料
• 实验装置 • 实验原理 • 实验步骤 • 思考
设冰块的质量为M、温度为 0 (本实验只测温度差，
因此单位用℃方便，且在实验室条件下，冰块从冰水混
合物中取出时 0 =0℃)，与质量为m、温度为 1 的水混
合。冰全部熔解后系统达到热平衡时的温度为 2 。量热 器内筒和搅拌器的质量分别为 m 1 和 m 2 ，比热容分别为
c 1 和 c 2 ，水的比热容为 c 0 ，温度计的热容为Cw 。由混
分析天平，量热器 ，温度计，烧杯，水，电热杯， 冰箱, 量筒, 搅拌器，秒表，镊子。
五、量热器
量热器种类很多，因测量目的不同，有不同结构.本实 验如图所示：由绝热材料制成的外筒②和由良导体材料 制成的内筒①构成.容纳液体的内筒固定在由保温材料构 成的绝热架⑥上，外筒口用胶木盖⑤盖住，胶木盖的中 央孔用来插温度计③，旁边的小孔用来插搅拌器④.量热 器这种内外筒封闭结构减少了对流和热传导，内筒壁又 很光洁减少了热辐射，从而减少了筒内液体与周围环境 的热交换.
dt
b.补偿散热
混合量热法要求实验系统应该是一个孤立系统。除 了使用量热器外，在实验操作过程中应注意：不要用手 握量热器；在远离热源及空气流动太快的地方进行实验； 不能随便打开量热器的盖子；尽可能使系统与外界温差 小；尽量使实验迅速完成等。即使这样，实验过程中无 法达到系统与外界完全绝热，量热器内筒还会与周围环 境有热交换。因此我们需要根据牛顿冷却定律对散热进 行修正。
2 ，使 1 B ,而 2 B ,并使整个实验过程中系统
与环境之间的散热与吸热的代数和为零，使系统的散热
得到补偿。
在实验过程中，刚投
入冰时，水温高，冰块
与水的接触面积大，熔
解快，水温下降也快。
随着冰的不断熔化，冰
块逐渐变小，水温变低，
冰熔解放慢，水温下降
也慢。量热器内筒的温
度 (即 简内的水温)随
界无热量交换的孤立系统.
量热器(参见本实验的装置介绍)就是为此而设计的 实验装置，但量热器只能使实验系统粗略地接近一个孤 立系统，因此应该估计实验过程中系统从外界环境中吸 收(或放出)的热量及其对实验结果的影响。
当系统与外界环境的温度差相当小的情况下，系统单
位时间内散失的热量
dQ dt
与系统温度 A
设量热器内筒及筒内的水、冰块、搅拌器等为系统，
系统表面的温度（即量热器内筒的温度，可近似为筒内
水的温度）为θ。设量热器内筒以外即为环境，环境的
温度 可近B 似认为不变。
当 B
时，d Q 0
dt
，系统向环境散热；
当 B
时，d Q 0
dt
，系统从环境吸热。
我们根据牛顿冷却定律，选择合适的系统初温 1 和终温