热学实验固体密度的测定冰的溶解热的测定

Q cT
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下面介绍用混合量热法来测定冰的熔解 热。在一个大气压下，冰的熔点是 00C 。 设有 M 克 00C 的冰 ( 实验中，可近似认为冰 的熔点是 00C) 和 m 克 T10C 的水混合。冰全 部熔解为水后的平衡温度为T20C 。设量热 器内筒和搅拌器的质量分别为m1和m2，比 热容分别为C1和C2。温度计的热容量为C3。 取水和冰的比热容为 C0。如果实验系统是 孤立系统，与外界无热交换，则有关系式
dq k (T ) dt
其中，k称为散热系数，k<0。在T- θ不大时，k为常数。
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[实验器材]
量热器、物理天平、水银温度计（或 数字式温度计）、量筒、玻璃器皿、停 表、冰、擦干布等。
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[实验内容和步骤]
1 、擦干量热器的内筒和搅拌器，分别 称出其质量 m1 和 m2 ，如果内筒和搅拌器都 是铝或铜制的，这时它们的质量和为 m1 + m2 。查出它们的比热容c1和c2,记录入表1。
[实验原理]
单位质量的某种物质（如晶体）， 在熔点从固态完全熔解成同温度的 液态时，所需要的热量，叫做这种 物质的熔解热。
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1、混合量热法
在热力学中，把要研究的对象称为热力学系统， 简称系统。系统以外能够影响系统的所有物体称 为系统的外界或环境。与环境之间既没有能量交 换又没有物质交换的系统称为孤立系统。显然， 在一个孤立系统中，某一部分放出的热量就会被 其余部分完全吸收。热量是能量传递的一种形式。 某一物体吸收或放出的热量∆Q可以用物体的热容 量C和温度的改变量∆T求得
[实验知识要点]
一、量热器简介： 量热器如下图所示，一个瓷质 圆筒叫外筒，一个较小的铝质(或 铜质)圆筒叫内筒。电木圆环放在 外筒颈部用来支承内筒。电木盖 子盖在外筒的筒口，盖子的中央 开有一个较大的圆孔，附有一个 软木塞，用来插入温度计。这个 圆孔两侧有两个较小的圆孔，可 装附有电热丝(约2Ω)的金属棒。 盖上另有一小孔，搅拌器的柄从 此孔伸出。
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2、散热修正法
混合量热法的弊端是，完全绝热的要求是无法 达到的。下面在介绍一种根据牛顿冷却定律进行 散热修正的粗略方法。
牛顿冷却定律的表达式为
dq k (T ) dt
式中、分别为系统(即量热器内筒)和环境(即实验室)的温 度。
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由 于 散 热 常 数 k 取 负 值 ， 所 以 ， 当 T>0 时 ， dq/dt<0，系统向外界散热；当T<0时， dq/dt >0系 统从环境吸热。在实验过程中，环境温度 ⍬ 基本 不变，则通过适当选取系统初温T1> ⍬和终温T2< ⍬ ，可设法使整个实验过程中系统与环境的热交 换前后彼此抵消。 从本实验实际情形分析，初投入冰时，水温高， 冰的有效表面积大，熔解快，系统温度 ( 内筒中水 温 ) 下降快，后来，冰块渐小，水温渐低，熔解放 慢，水温下降也变慢。所以，熔解全过程中内筒水 温随时间变化曲线如下图所示。
《大学应用物理实验》多媒体课件
—物理教学研究与管理室
热 学 实 验
固体密度的测定 冰的熔解热的测定
实验8 冰的熔解热的测定
[摘要]
本实验主要练习：用混合法测量冰的熔解 热。 [实验目的、要求] 1、学习温度与热量的计量方法；
2、学会用混合法测量冰的熔解热；
3、学习一种修正散热的粗略方法。
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内筒水温随时间的变化曲线
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由3.29式有
dq k (T )dt
q散 k (T )dt
t1 t
系统从T1变为θ这段时间(从t1至tθ)内系统向外界散失 的热量q散为
由于 所以
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T>θ q散<0
同样系统T2从变为θ 这段时间(从tθ至t2)内系统从环境 吸热q吸为
q吸 k (T )dt
t
ห้องสมุดไป่ตู้
t2
由于 所以
T< θ q吸>0
从上图中可知，q散与q吸量值大小与面积及成正比。于 是，如果S散= q吸，则系统散热与吸热前后抵消。而要使， S散= q吸,关键在选择适当的T1和T2。对温差不大的情况， 一般常选择T1 - θ ≈2(θ - T2)。
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注意:
在实验时，内筒少盛一些水，当物体 投入后其温度升高比较显著，可以明显 减少误差。但水量过少，不能淹没待测 物质也会影响实验效果。
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二、牛顿冷却定律
如果物体的温度T高于周围的环境温度θ ，那么物体将 向周围散发热量并降低自身的温度，直到物体的温度与 周围环境的温度相同。这时，二者达到了热平衡。 经验表明，在物体 ( 即热学系统 ) 处于自然冷却的情况 下，散热的快慢与温度差T-θ成正比，并且与物体的热容 量C和物体的表面积大小及特性有关。 牛顿冷却定律表达了上述的规律,即
2 、记录实验室温度 θ 。取比室温 θ 略高 150C的纯净的水注入量热器内筒，使水约占 内筒容积2／3。称出水与内筒、搅拌器的总 质量m+ m1 + m2 ，记入表2。
ML MT2 c0 (mc0 m1c1 m2 c2 C3 )(T1 T2 )
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由此可得，冰的熔解热的计算公式为
注：
1 L (mc 0 m1c1 m2 c 2 C3 )(T1 T2 ) T2 c0 M
（1）冰和水的比热容可取作1卡／克· 度。 （2）水银的比热容是0.033卡／克.度，密度是 13.6克／厘米3，所以单位体积(1厘米3)水银的热 容量是0.45卡／度。
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A─量热器外筒 B─量热器内筒 C─绝缘垫圈 D─绝缘盖 F─
电阻加热器 G─搅拌器 H─温度计 L─接线柱
A─量热器外筒 B─量热器内筒 C─绝缘垫圈 D─绝 缘盖 F─电阻加热器 G─搅拌器 H─温度计 L─接线 柱
使用时先把内筒放在圆环上，然后放入外筒里，注意不要歪斜， 以免内外筒相碰，这样内外筒之间形成一个导热较差的空气层。 用量热器测定物质比热时，先称出内筒质量，盛水再称，求出水 的质量。把内筒放入量热器外筒。用温度计测出水的初温，从沸 水壶里取出待测比热的金属块迅速投入内筒，轻轻搅拌，量出最 高温度 ( 即混合后共同温度 ) 。取出金属块，擦干后称出质量。根 据热平衡方程计算即可得金属块比热。