水的比汽化热的测量误差分析

水的比汽化热的测量误差分析

摘要：以银川能源学院基础部热学实验室液体比汽

化热测量的实验仪器为基础，重点测量水的比汽化热，分析了用该仪器该方法测量比汽化热时误差的主要来源，并针对误差的来源，提出了简便的改进措施。

关键词：水；比汽化热；误差；改进

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.215

0 引言

水的比汽化热的测量是大学物理热学实验室的一个重

要实验项目[1]，它对比汽化热和凝结热等热学概念的理解，对理论和实践的有机结合，对学生动手动脑及综合能力的培养有一定的帮助和促进作用。从学生测量的数据来看，大部分学生所得到结果的误差较大。本文主要利用混合法测量水的比汽化热，分析了误差产生的主要来源并提出了改进方法，力图使学生在实验的过程中注意误差的来源，并有意地去减小误差，以达到提高实验教学效果的目的。

1 实验原理及方法

我们利用混合法来测量水的比汽化热。方法是将烧瓶中接近100℃的水蒸汽，通过短的玻璃管加接一段橡皮管（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θ1℃，而质量为M的水蒸汽进入量热器的水中被凝结成水，当水和量热器内杯温度均衡时，其温度值为θ2℃。[2.3]如果将系统看成是一个与外界没有热交换的孤立系?y，

那么Q放=Q吸，即：

ML+MC水（θ3-θ2）=（mC水+m1C铝+m2C铝）?（θ

2-θ1）

从而

其中，m为原先在量热器中水的质量，m1和m2铝量热器和铝搅拌器的质量，L为水的比汽化热。

2 实验步骤

（1）集成测温传感器AD590的定标。本实验采用AD590型集成电路温度传感器测量温度，其线性工作电压：4.5V～20V，它的输出电流I与温度θ满足如下的线性关系：I=Bθ

+A

式中B称为传感器的温度系数（或灵敏度），约为1μA/℃，即温度升高（或降低）1℃，流过传感器的电流就增加（或

减小）lμA，A为传感器在摄氏零度时的输出电流，该值与0℃的热力学温度273 K相对应（实验使用时，可放在冰点温度

下进行确定）。利用上述特性，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，

FD-YBQR主机里与传感器串联的取样阻为1000Ω±1%。

在制造时每个传感器的B与A不可能完全相同，故实验

前，应先对其定标（即确定所用AD590的B和A）。实际定

标时常采用AD590的测温探头与精密温度计对应的方法。同时将其置入冷水、室温、温水、热水等几种环境中，分别记录测温探头与精密温度计的对应值，最终根据逐差法求B和A。

（2）水的比汽化热的测量结果。我们的对银川能源学

院自来水进行测量，其测量数据如表1；计算水的比汽化热

和测量的相对误差，其数据如表2。

3 误差分析及改进方法

由以上计算我们可以看出，目前在我们的实验条件下，其测量误差较大，误差的来源主要有以下这几个方面：（1）在实验过程中，没有考虑系统与外界热交换产生的热量损失，事实上，量热器不可避免的要与外界进行热交换，这是系统误差的主要来源。为了减小该误差，我们课题组的成员决定采用抵偿法来减小系统误差，通入水蒸汽前将采用冰水将水温调低，使水的初温比室温低Δθ，通汽后当水温比室温高约Δθ时停止通汽，这样系统从外界吸收的热量和向外界放出的热量就可以尽可能地抵消；（2）水蒸气通过蒸汽导管时有部分水蒸气会凝结成水滴进入量热器[4]，这也是产生误差的主要来源。目前实验室里采用橡皮管作为蒸汽导管，橡

皮管对水的润湿性差，水蒸汽和橡皮管的接触面积大，当水蒸汽通过时容易形成不均匀的水滴。在实验的过程中，我

们力图缩短橡皮管的长度，并在玻璃管和橡皮管的外边加泡沫塑料作为保护层，这样就可以使产生的水滴大大地减少了；（3）线性温度传感器定标时我们采用水银温度计来测温度，水银温度计存在热惰性大，估读困难等因素。同时，在定

标过程中都需要学生不断地取放温度计，并且要一直用手扶着温度计来读数，操作起来比较麻烦，有时会因为学生不小心而损坏温度计的现象常常发生。操作繁琐，不仅仅造成实验器材的损坏，而且也容易使学生受到伤害。因此，我们决定对定标过程进行设计改造，利用导热系数实验项目里的温度传感器来定标，已达到方便快捷安全操作实验的目的。

4 小结

我们在原有仪器的基础上已进行了多次测量，计算出了水的比汽化热，分析了实验过程中可能产生的误差及误差的来源。我们针对误差的来源和银川能源学院现有的实验仪器，提出了新的改进方案，使该实验能达到满意的教学效果。

参考文献：

[1]张广平.从水的汽化热测定中培养学生的研究能力[J].

陇东学院学报，2011，22（02）.

[2]周荣生.汽化热实验的误差分析[J].徐州师范大学学报（自然科学版），2001，19（03）.

陈骏逸，陆申龙.水的比汽化热测量装置的改进[J].大学物理，2004，23（01）.

[3]杨振萍.测定水的汽化热实验的改进[J].绵阳师专学报（自然科学版），1996，14（02）.

基金项目：银川能源学院“本科教学工程”大学生创新创业训练计划项目（2015-DCX-X-01）

作者简介：柯莎（1985-），女，陕西汉中人，硕士，主要从事物理教学方面的工作和高温超导方面的研究。