实验四固体比热容的测量(混合法)

比热容是单位质量的物质升高（或降低）单位温度 所吸收（或放出）的热量。比热容的测定对研究物质的 宏观物理现象和微观结构之间的关系有重要意义。
本实验采用混合法测固体（锌粒）的比热容。在热 学实验中，系统与外界的热交换是难免的。因此要努力 创造一个热力学孤立体系，同时对实验过程中的其他吸 热、散热做出校正，尽量使二者相抵消，以提高实验精 度。
m ( T c T 2 ) ( m 0 c 0 C )T 2 ( T 1 )（2）
即
c(m0c0C)(T2T1) m(TT2)
（3）
3、量热器的热容
量热器的热容C可以根据其质量和比热容算出。设量
热器内筒和搅拌器由相同的物质制成，其质量为 m 1 ，比
热容为 c 1 ，则
Cm1c1C
（4）
式中 C 是温度计浸入到水中的部分的热容。
三、实验重点 1.了解量热器的构造，如何保证量热器为孤立系统。 2.如何对实验过程中的吸热、散热做出校正，尽量使 二者相抵消，以提高实验的精度。
四、实验主要仪器设备及材料 金属块，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、实验简介
19世纪，随着工业文明的建立与发展，特别是蒸汽 机的诞生，量热学有了巨大的进展。经过多年的实验 研究，人们精确地测定了热功当量，逐步认识到不同 性质的能量（如热能、机械能、电能等）之间的转化 和守恒这一自然界物质运动的最根本的定律，成为19 世纪人类最伟大的科学进展之一。从今天的观点看， 量热学是建立在“热量”或“热质”的基础上的，不 符合分子动理论的观点，缺乏科学内含。但这无损量 热学的历史贡献。至今，量热学在物理学、化学、航 空航天、机械制造以及各种热能工程、制冷工程中都 有广泛的应用。
实验四、固体比热容的测量（混合法）
• 实验目的 • 实验内容 • 实验重点 • 实验仪器设备及材料 • 实验简介
• 量热器 • 实验原理 • 实验步骤 • 思考
一、实验目的 1. 通过实验了解量热器构造，学习对实验环境的控制 2.掌握基本测量仪器使用，及正确合理地分析误差。
二、实验内容 通过实验了解量热器构造，学习对实验环境的控制
5、读数规则
采取以上系统误差的修正的操作措施后，散热的影响 仍难以完全避免。被测物体放入量热器后，水温达到最 高温度前，整个系统还会向外散热，所以理论上的末温 是无法得到的。这就需要通过实验的方法进行修正：在 被测物体放入量热器前4-5min就开始测度量热器中水的 温度，每隔1min读一次。当被测物体放入后，温度迅速 上升，此时应每隔0.5min读一次。直到升温停止后，温 度由最高温度均匀下降时，恢复每分钟记一次温度，直 到第15min截止。由实验数据作出温度和时间的关系曲线。
七、实验原理
1、热平衡原理
设一个热力学孤立体系中有n种物质，其质量分别 为 m i ，比热容为 c i （ i1 ,2,3, ,n）。开始时体系处于 平衡态，温度为 1 ，与外界发生热量交换后又达到新 的平衡态，温度为 2 ，若无化学反应或相变发生，则 该体系获得（或放出）的热量为：
Q ( m 1 c 1 m 2 c 2 m n c n )2 ( 1 )
(3) 缩短操作时间，将被测物体从沸水中取出，然后倒 入量热器筒中并盖好的整个过程，动作要快而不 乱，减少热量的损失。
(4) 严防有水附着在量热筒外面，以免水蒸发时带走过 多的热量。
(5) 沸点的校正。在实验中，我们是取水的沸点为被测 物体加热后的温度，但压强不同，水的沸点也有所 不同。为此需用大气压强计测出当时的气压，再由 气压与沸点的关系通过查表得出沸点的温度。
实验四、固体比热容的测量（混合法）
量热实验主要研究物质比热、熔解热以及热功当量 的测定方法。量热实验应用很广泛，特别是在新能源新 材料的研制中，就必须了解它的热学性能。量热实验中， 由于产生散热的因素很多且不易控制和测量，实验精度 较低。为提高实验精度，就需要对产生误差的各种因素 进行分析，找出减少误差的方法，这些训练有利于实验 能力的提高。
(1) 要尽量减少与外界的热量交换，使系统近似孤立体 系。此外，量热器不要放在电炉旁和太阳光下，实验 也不要在空气流通太快的地方进行。
(2) 采取补偿措施，就是在被测物体放入量热器之前， 先使量热器与水的初始温度低于室温，但避免在量热 器外生成凝结水滴。先估算，使初始温度与室温的温 差与混合后末温高出室温的温度大体相等。这样混合 前量热器从外界吸热与混合后向外界放热大致相等， 极大地降低了系统误差。
温度计的热容 C 可这样计算：水银温度汁由玻璃
（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，所以
C1.916 0VCwcmcV1.9106V(J/oC)
（1）
2、混合法测比热
将质量为m的待测金属块（设其比热容为c），温度 为 T 投入量热器内的水中。设量热器（包括量热器内筒、 搅拌器和温度计插入水中部分）的热容为C。水的质量
为 m 0 ，比热容为 c 0 。金属块投入水ຫໍສະໝຸດ Baidu前，水温为 T 1 ，
投入后其混合温度为 T 2 ，则在不计量热器与外界热交 换的情况下，将存在下列关系：
六、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.
体积单位换算成立方厘米单位后，即为
C J0C 1 1 .9Vc3 m
（5）
（5）式便是温度计浸入液体部分的对应的热容计算式。
C J0C1表示温度计热容 C 是以J·℃ 1 单位时的数
值;
V cm3 表示温度计浸入液体部分的体积 V ，以 cm 3
为单位时的数值。
4、系统误差的修正
在量热学实验中，由于无法避免系统与外界的热 交换，实验结果总是存在系统误差，有时甚至很大， 以至无法得到正确结果。所以，校正系统误差是量热 学实验中很突出的问题。为此可采取如下措施：