冷却法测金属比热容

实验仪器
FB312型冷却法金属比热容测定仪
C）铜一康铜 热电偶
A）热源，采用70瓦隔离低压加 热，加热块利用底盘和支撑杆固定 并可上下移动
F）冰水混合物 D）防风容器 B）实验样品，是直径6mm，长 30mm的小圆柱，其底部钻一深 E）三位半数字电压表，显示用三 孔便于安放热电偶，而热电偶的 位半面板表 冷端则安放在冰水混合物内；
∆θ 2 m C2 M 2 = a2 S2 (θ 2 − θ 0 ) ∆t
（4）
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由上式（3）和（4），可得：
∆θ 2 C2 M 2 m ∆t = a 2 S 2 (θ 2 − θ 0 ) ∆θ 1 a1 S1 (θ 1 − θ 0 ) m C1 M 1 ∆t �则 ：
∆θ 1 M1 m a 2 S 2 (θ 2 − θ 0 ) ∆ t C 2 = C1 ∆θ 2 a1 S1 (θ 1 − θ 0 ) m M2 ∆t
实验简介 实验目的 实验原理 实验内容
仪器及调整 实验数据 预习题 思考题
实验简介
根据牛顿冷却定律，用冷却法测定金属 的比热容是量热学常用方法之一。若已知标 准样品在不同温度的比热容，通过作冷却曲 线可测量各种金属在不同温度时的比热容。
实验目的
以铜为标准样品，测定铁、铝样品在100℃ 时的比热容。 了解金属的冷却速率和它与环境之间的温差 关系以及进行测量的实验条件。
(5)
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若各样品的温度下降范围相同△θ1=△θ2 ， 公式（5）简化为：
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M 1 (∆t ) 2 C 2 = C1 M 2 (∆t )1
已知铜在100℃时的比热容为： Ccu=393J/(kg℃) 。
(6)
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实验内容
测量铁和铝100℃时的比热容 1、选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三 种金属样品（铜、铁、铝）用电子天平秤出它们 的质量M0 ，根据MCu＞MFe＞MAl，区分这三种 样品 。 2、用铜一康铜热电偶测量温度。
课后思考题
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1．为什么实验要在样品室里进行？ 2．可否利用本实验中的方法测量金属在任意温 度时的比热容？
注意
1、铜－康铜热电偶温度计的操作 ① 测温时，电偶的冷端温度保持恒定（始终保持在冰 点）。 ② 热电偶丝不能拉伸和扭曲，有可能产生寄生温差电 动势，影响热电偶的测温正确性。 ③ 所接电位差计和待测温度系统应隔开一段距离，两 接线柱要等温，以免产生附加热电势。 � 2、FB312型冷却法金属比热容测定仪 样品加热，当数字电压表读数为某一定值即 150℃时，切断电源移去加热源，样品继续安放在 与外界基本隔绝的有机玻璃圆筒内自然冷却（筒口 须盖上盖子）。
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根据冷却定律：
∆Q m = a1 S1 (θ 1 − θ 0 ) ∆t
（2）
式中 a 1 为热交换系数, s1为该样品外表面的面 m为常数， 积， θ1 为金属样品的温度， θ 0 为周围介 质的温度。由式（1）和（2），得:
∆θ 1 C1 M 1 ∆t
= a1S1 (θ1 −θ0 )
m
（3）
同理，对质量为M2，比热容为C2的一另 种金属样品，有：
uC2
2
⎛ u(∆t)2 ⎞ ⎟ +⎜ ⎜ (∆t) ⎟ ⎝ 2⎠
2
⎛uM2 ⎞ ⎟ +⎜ ⎜M ⎟ ⎝ 2⎠
2
⎛ u(∆t)1 ⎞ ⎟ +⎜ ⎜ (∆t) ⎟ ⎝ 1⎠
2
uC2 = urC2 ⋅C
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3.与标准值比较计算百分误差。 4.写出测量结果。
Байду номын сангаас
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预习思考题
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1．热电偶的冷端应该保持在什么温度？ 2．热电偶温度计是直接读出温度（摄氏度）的吗? 3．热电偶温度计是先测得相应的温差电动势，再 根据数据表格来求出温度T 的吗？ 4．由附表 铜-康铜温差电偶的温差电动势 查出样品 温度102℃ 98℃对应的温差电动势。 5．用公式（6）推导金属比热容的不确定度。
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实验原理
单位质量的物质，其温度升高（或降低）1K （1℃）所吸收（或放出）的热量，叫做该物质的 比热容，其值随温度的变化而不同。将质量为M1的 金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如：室 温的空气）中，样品将会逐渐冷却。其单位时间的 热量损失（△Q/△t）与温度下降的速率成正比， 即：
∆θ1 ∆Q （ 1 ） = C1M 1 ∆t ∆t ∆θ1 式中C1为该金属样品在温度θ1时的比热容， ∆t 为 金属样品在θ1的温度下降速率。
当满足条件： � (1)两样品的形状尺寸相同，即S1 = S2； � (2)两样品的表面状况相同（如涂层、色泽等）， 周围介质（空气）的性质不变，则α1=α2 ； � (3)周围介质温度不变（即室温θ0恒定） ； � (4)两样品处于相同温度θ1=θ2=θ时，(4)式简化 为：
∆θ 1 M1 ∆t C 2 = C1 ∆θ 2 M2 ∆t
3、正确连接仪器并加热至数字电压表读数为某 一定值如 150℃（大约在6.000mv）时，切断电 源移去加热源，样品继续安放在与外界基本隔绝 的有机玻璃圆筒内自然冷却（筒口须盖上盖子）。 当温度降到102℃ (4.157mv)时开始记时，温度降 到98℃ （3.988 mv ）时计时结束。测量样品从 102℃下降到98℃所需要时间△t0。每一样品重复 测量6次。
实验数据
数据记录： 表１：样品由102 0C 下降到980C所需时间
MCU= 样品 Cu Fe Al g ;MFe= g;MAl= 时 间 △t/s g
平均值 ∆t / s
数据处理：
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1.将数据代入公式（6）计算铁的比热容C2 . 2.计算C2的不确定度，
⎛uM1 ⎞ ⎟ urC2 = = ⎜ ⎟ C2 ⎜ M ⎝ 1⎠