水的比汽化热的测定实验设计

Ａｐｒ ． ２ ０１ ３
第 ｌ ３ 卷第 ２期
Ｖｏ １ ． １ ３ Ｎｏ ． ２
水 的 比汽 化 热 的测定 实 验设 计
王 山林
（ 沧州师范学院 ， 河北 沧州 ０ ６ １ ０ ０ １ ）
【 摘 要】 通过对水 的比汽化热的测定 实验设计 ， 分析 了实验 中的测量 方法和 改进 措施 ， 利用 实验数据 说 明实验
ＭＬ＋ ＭＣ ．（ ３一 ２ ）＝ （ｍＣ ， ＋ ｍ１ Ｃ 铝＋
的电流值 ， 该值恰好与冰点 的热力学 温度 ２ ７ ３ Ｋ相 对应（ 实际使 用时 ， 应放在冰 点温度 时进行确 定） 。
［ 收稿 日期 ］ ２ ０ １ ３ —０ ２—０ ９ ［ 作者简介 ］ 王 山林 （ １ ９ ６ ６ 一） ， 男， 沧州 师范学 院教育 系高级实验师 ， 主要从事力热实验研究 。
装置 如 图 １ 所示。
（ ３ ） 将盛 有水 的烧瓶 加热 ， 开始加 热时可 以通 过 温控 电位器顺 时针 调到底 ， 此 时将瓶 盖移去 ， 使低 于 １ ０ ０ ￣ Ｃ 的水蒸 汽从 瓶 口逸 出。 当烧 瓶 内水 沸 腾 时 可 以 由温控 器调 节 ， 保证 水 蒸 汽输 入 量 热器 的速 率符
黑接 线分别插 入面板 中的输入 孑 Ｌ 即可进 行 定标 或测 量） 。实 际定标 时可 采用 Ａ Ｄ ５ ９ ０的 测 温探 头 与 精 密 温 度计 对应 的方 法 ， 同时置入 冷水 、 室温 、 温水 、 热水 （ ＜５ ０ ℃） 四种 环境 ， 记 录ｉ 贝 ０ 温 探头 与 精 密 温度 计 四 组对 应值 ， 利用（ ２ ） 式， 把 实 验 数据 用 最 小 二乘 法 进 行 直线 拟合 ， 求得 斜率 Ｂ， 截 距 Ａ和相关 系 数 ｒ 。
Ｗ ＡＮＧ Ｓｈ ａｈ － ｌ ｉ ｎ
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｔ ｏ ｆ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ， ｒ ｅ －
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廊坊师范学院学报 （ 自然科 学版）
第 １ ３卷 ・ 第 ２期
利用 温度传 感器 的上 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 ， 。 本实 验采 用液体 比汽化 热 ｝ 贝 ４ 定仪 （ 包括 Ａ Ｄ ５ ９ ０
时 的温度有 关 ， 因为温 度升高 ， 液相 中分 子和气 相 中 分子 的能量 差别 将逐 渐 减 小 ， 因 而温 度 升 高液 体 的
比汽 化热减 小 。
ｍ２ Ｃ 铝） （ 一臼 ）
（ １ ）
其中： ｃ 水为水的比热容 ； ｍ 为原先在量热器中
水 的质量 ； Ｃ 铝 为 铝 的 比热 容 ； ｍ 和 ｍ 分 别 为 铝 量热 器 和 铝 搅 拌 器 的 质 量 ； 为 水 蒸 气 的 温 度 （ Ｉ Ｏ ０ ￣ Ｃ） ； Ｌ为水 的 比汽化 热 ； Ｍ 为 被凝 结 的水 蒸 气
【 Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ 】ｈ ｅ ａ ｔ ｏ ｆ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ； ｓ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｇ ； ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
物质 由气态 凝结 为液态 时将 释放 出在 同一 条件 下汽 化所 吸收 的相 同 的热 量 ， 因而可 以通 过测 量 凝
结时放出的热量来测量液体汽化时的比汽化热 。
本实 验采用 混合法 测定水 的 比汽化 热 。方 法是
将烧 瓶 中接 近 Ｉ Ｏ ０ ￣ Ｃ的水 蒸 汽 ， 通 过 短 的玻 璃 管 加
杯 外表有 可能凝 结 上薄水 层 ， 从 而释放 出热量 ， 影 响 测 量结果 。将 预冷 过的 内杯放还 至量热 器 内再 放在 水 蒸汽管 下 ， 使 通 汽橡 皮管 插 入 水 中约 １ ｍｍ深 ， 注
意通汽管 不 宜插入 太深 以防止通 汽管被 堵塞 。
集成 电路温度传感器 、 量热器 ） 进行实验研究 ， 实验
２ ． ２ 水汽 化热 的实验
ｌ ９． ２ ５
２ ９１． １
２ ４． ９ ０
２ ９ ６． ８
２ ９． ８ ０
３ ０１ ． ８
３ ２． ５ ０
３ ０ ４． ５
Ｕ， ｍＶ
Ｉ ＠Ａ
２ ８ ５． ７
２ ９ １ ． １
２ ９ ６ ． ８
３ ０ １ ． ８
热器 内杯 的水 ， 读 出水 和 内杯 的末 温度 ０ ｉ （ 温 度应 控制 在小 于 ５ Ｏ ℃） 。再 一 次称量 出量热 器 内杯 水 的
图１ 实验 装置 图
总质 量 总。经 过计 算 ， 求 得 量 热器 中水 蒸 汽 的质
量 ＝ 一 。 （ 。 为未通 气 前 ， 量 热 器 内杯 、 搅
的质量 。
温度 的测量可采用异形精密温度计或温度传感 器测量。下面主要介绍温度传感器的测量情况。以 温度传感器 Ａ Ｄ ５ ９ ０ 为例 ， 其工作原理是用 电流的变
化 对应 温度 的变化 ， 该 器 件 的两 引 出端 当加 有 某 一 定 直流 工作 电压 时 （ 一 般工 作 电压 可 在 ４ ． ５ Ｖ一２ ０ Ｖ
合实验要 求。这时要首先 记下温度 仪 的数值 ， 。
接着把 瓶盖 盖好继 续让水 沸腾 向量 热器 的水 中通 蒸 汽并搅 拌量 热器 内 的水 ， 通过 时间长 短 ， 以尽 可 能使
量热器 中水 的末温 度 ，与 室 温 的温 差 同室 温 与初
温 差值相近， 这样可使实验过程中量热器 内杯与
实验 前应将其定标 （ 实际在 我们提供 的测量仪 器 中已 经接好 的电阻为 １ ０ ０ ０ ￣±１ ％， 数 字 电压 表为 四位半 ，
３ 实验数据
３ ． １ 集成 电路 温度传 感器 ＡＤ ５ ９ ０定标结 果
８ ， ℃ １ ３． ９ Ｏ
２ ８ ５． ７
传感器 电源电压为 ６ Ｖ 。实验者 只要把 Ａ Ｄ ５ ９ ０的红
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廊坊 师范学院学报 （ 自然科学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｌ ａ ｎ ｇ ｆ ａ ｎ ｇ Ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｅ ｒ ｓ Ｃ ｏ Ｕ ｅ ｇ ｅ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｌ ａ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
效果 ， 对其他液体 的测量 有一定 的借鉴作用。
【 关键词】 比汽化热 ； 温度传感器 ； 定标 ； 百分偏差
Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｍｏ ｒ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ Ｈｅ ａ ｔ ｏ ｆ Ｖａ ｐ ｏ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎｔ Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
外界 热交换 相抵 消 。
（ ４ ） 停止 电炉 通 电 ， 将 量 热 器 下填 块 抽 去 ， 取 出 量热器 ， 并 打开瓶 盖不再 向量 热器通 气 ， 继续 搅拌 量
Ａ． 烧瓶盖 Ｂ． 烧瓶 Ｃ． 通汽玻璃管 Ｄ． 托盘 Ｅ． 电炉 Ｆ． 绝 热板 Ｇ． 橡皮管 Ｈ． 量热器外壳 Ｉ ． 绝热材料 Ｊ ． 量热器 内杯 Ｋ． 铝搅拌器 Ｌ． ＡＤ５ ９ ０ Ｍ． 温控 和测量 仪表 Ｎ． 填块（ 木或塑料）
２ 实验 内容
２ ． １ 集成 电路温 度传 感器 Ａ Ｄ ５ ９ ０的定标
拌器 和水 的总质 量 ） 。 （ ５ ） 将 所得 到 的测量 结果 代 人 公 式 （ １ ） ， 即求 得
水在 １ ０ ０ ｃ Ｉ ＝ 时的 比汽化热 。
每个集成电路温度传感器的灵敏度有所不同， 在
１ ０ Ｊ ／ ｋ ｇ
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第１ ３卷 ・ 第２ 期
王山林 ： 水 的比汽化热的测定实验设计
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从 实验数 据上 看 ， 用 改进 后 的 水 的 比 汽化 热 测 量 装置 进行 测量 ， 从第 １ 和 第 ２组 数 据相 同条 件 下 进 行测 量可 以看 到 ， 所得 到 的结果 比较 稳定 ， 误差 一
量， 减去 ｍ ＋ｍ： ， 得 到水 的质量 ｍ。 （ ２ ） 将盛 有水 的量 热器 内杯放 在 冰块上 ， 预冷 却 到室 温 以下 较低 的温度 。但 被冷 却 的水 温度 须高 于 环 境 的露点 ， 如果 低 于露点 ， 则实 验过程 中量 热器 内
・
计 算结 果如下 ： 水在 １ ０ ０ ￣ Ｃ时 的 比汽 化 热 公 认 值 等 于 ２ ． ２ ５×
３ ０ ４． ５
经最 小 二 乘 法 拟 合 得 Ｂ＝１ ． ０ １ ２ ｇ Ａ ／ ￣ Ｃ； Ａ＝
２ ７１ ． ６ ｇＡ；
ห้องสมุดไป่ตู้
３ ． ２ 水 的 比汽化热 的测量 数据
ｍ１ ＝３． ４ ５ ｇ ； ｍ ２＝２ ７． １ ７ ｇ ； ０ ３ ＝１ ０ ０． ０ ０ ℃
（ １ ） 用物 理天 平 或 电子 天 平 称量 热器 和 搅拌 器
［ 中图分类号］０ ５ ５ １ ． １ ［ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章编号 ］１ ６ ７ ４ —３ ２ ２ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２—０ ０ ６ ９—０ ３
１ 实验介绍
单位质量的液体在温度保持不变的情况下转化 为气体时所吸收的热量称为该液体的比汽化热。液 体的比汽化热不但和液体的种类有关 ， 而且 和汽化
的质量 ｍ。 ＋ｍ： ， 然后在量热器 内杯 中加一定量 的
， １ １ 、
水ｌ 告～ ｛ｌ ， 再称出盛有水的量热器和搅拌器的质
、 二 Ｊ ，
查表 得 ： Ｃ 水 ＝４ ． １ ８ ７×１ ０ Ｊ ／ （ ｋ ｇ。 ℃） ；Ｃ 铝＝ ０ ． ９ ０ ０ ２ ×１ ０ Ｊ ／ （ ｋ ｇ ・ ℃）
量 为 的水 蒸 汽 进 入 量 热器 的水 中被 凝 结 成 水 ，
其 中： ，为 温 度 传 感 器 的 输 出 电 流 ， 单 位
Ａ／ ℃； ０为摄 氏温 度 ， 为斜率 ， 为 摄 氏零 度 时
当水和量热器 内杯温度均衡时 ， 其温度值为 ： ℃，
那么 水 的汽化热 可 由下 式得 到 ：
范围 内） ， 如果 该 温度 传感 器 的温度 升 高 或 降低
１ ｏ Ｃ， 那 么 传感 器 的输 出 电流 增 加或 减 小 １ ／ ｚ Ａ， 其 输 出 电流 的变 化与 温度 变化满 足 如下关 系 ：
，＝Ｂ・ ０＋Ａ （ ２ ）
接一 段很 短 的橡 皮管 （ 或乳胶 管 ） 插 入到 量热器 内杯 中。如果水 和量 热器 内杯 的初 始 温度 为 ０ ｏ ｃ， 而 质
ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｓｕ ａ ｒ ｅ ｓ ，ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ｌ ａ ｄ ａ ｔ ａ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ ｍｅ ｓｕ ａ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ．