焦耳与热功当量
热力学第一定律3
pi dV
V1
V2
V2
V1
V1 nRT dV nRT ln V2 V
这种过程近似地可看作可逆过程，所作的功最大。
压缩过程
将体积从 V2 压缩到 V1 ，有如下三种途径： 1.一次等外压压缩 在外压为 p1下，一次从 V2 压 缩到 V1 ，环境对体系所作的功 （即体系得到的功）为：
为什么要定义பைடு நூலகம்？
dU Q W Q pdV Wf
(dV 0, Wf =0) 不作非膨胀功的等容过程， U Q V
等容热不易测定，如果是不作非膨胀功的等压过程，
QV
Wf 0
U Q We
p1 p2
p
U2 U1 Qp p(V2 V1)
We,2 pe (V2 V1 )
体系所作的功如阴影面积所示。
3.多次等外压膨胀
(1)克服外压为 p ' ，体积从 V1 膨胀到 V ' ；
(2)克服外压为 p "，体积从V ' 膨胀到 V " ；
(3)克服外压为 p2 ，体积从V "膨胀到 V2 。
We,3 p '(V 'V1 )
U = Q + W
对微小变化： dU =Q +W 因为热力学能是状态函数，数学上具有全微 分性质，微小变化可用dU表示；Q和W不是状态 函数，微小变化用表示，以示区别。 也可用U = Q - W表示，两种表达式完全等 效，只是W的取号不同。用该式表示的W的取号 为：环境对体系作功， W<0 ；体系对环境作功， W>0 。
第一类永动机（first kind of perpetual motion mechine) 一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能 量，却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机， 它显然与能量守恒定律矛盾。
教学：焦耳实验与热功当量
•热功当量的公认值为J＝4.18 J∕cal。
•热功当量表示热与功之间是可以转换的。 系统吸收1 cal的热量，相当于外界对系统 作4.18 J（约为4.2 J）的功。
焦耳的热定义
•焦耳确认热是能量的另一种形式，取代了 热质说，并对热重新加以定义： –物体间因温度差或相变而产生的能量转 移，称为热（heat）。
＝（1.00×103）×1.00×（21.5－20.0）＋500×（21.5－20.0） ＝4.18（J／cal）
范例1-5
如右图，质量为 1.00 kg 的铁锤，以 50.0 m∕s 的速率敲击放 在地上质量为 400g 的铁块.假设有 40.0％ 的力学能变为铁块的 热能，求此铁块的温度增加多少？（铁的比热为
•焦耳将定量的水，置于绝热的容器内，左、 右两重锤缓缓下降，带动转轴转动，并使得 叶片搅拌容器内的水。
•由容器和水的温度变化可计算所吸收的热量
Q，且由两重锤下降的高度可计算位能的减 少，即重力对两重锤所作的功W，焦耳测得W 与Q的比值约等于一个定值。
热功当量
•在1850年，焦耳发表J＝W/Q，称之为热功
补充资料 内 能(2/4)
•一个系统的内能（internal energy）则包 含了组成系统内部分子的动能和、以及分 子之间或分子内的位能和。系统在不同的
温度、压力、体积的状态下，其内能U是不
一样的，我们可以说系统的内能是与温度
（T）、压力（P）、体积（V）等状态因素 有关的状态函数U＝U（T、P、V）。
•焦耳的创新观念及方法 ，将能量守恒的原理发 挥得淋漓尽致，“能量 ”随后也成为统合物理 学各个分支领域不可或 缺的核心概念。
•善用能量之间的转换， 也大幅提升了人类的生 活质量。
常用热功计量单位及换算表
常用热功计量单位及换算表常用热功计量单位及换算表长度换算1千米（km）=0.621英里（mile）1米（m）=3.281英尺（ft）=1.094码（yd）1厘米（cm）=0.394英寸（in）1英里（mile）=1.609千米（km）1英寸（fm）=1.829（m）1英寸（in）=2.54厘米（cm）1海里（n mile）=1.852千米（km）1码（yd）=3英尺（ft）1杆（rad）=16.5英尺（ft）1英里（mile）=5280英尺（ft）1海里（n mile）=1.1516英里（mile）1英尺（ft）=12英寸（in）面积换算1平方公里（km2）=100公顷（ha）=247.1英亩（acre）=0.386平方英里（mile2）1平方米（m2）=10.764平方英尺（ft2）1公顷（ha）=10000平方米（m2）=2.471英亩（acre）1平方英寸（in2）=6.452平方厘米（cm2）1英亩（acre）=0.4047公顷（ha）=4.047×10-3平方公里（km2）=4047平方米（m2）1平方英尺（ft2）=0.093平方米(m2)1平方码（yd2）=0.8361平方米（m2）1平方米（m2）=10.764平方英尺（ft2）1平方英里（mile2）=2.590平方公里（km2）体积换算1美吉耳（gi）=0.118升（1）1美品脱（pt）=0.473升（1）1美夸脱（qt）=0.946升（1）1美加仑（gal）=3.785升（1）1桶（bbl）=0.159立方米（m3）=42美加仑（gal）1英亩·英尺＝1234立方米（m3）1立方英寸（in3）=16.3871立方厘米（cm3）10亿立方英尺（bcf）=2831.7万立方米（m3）1万亿立方英尺（tcf）=283.17亿立方米（m3）1百万立方英尺（MMcf）＝2.8317万立方米（m3）1千立方英尺（mcf）=28.317立方米（m3）1英加仑（gal）=4.546升（1）1立方英尺（ft3）=0.0283立方米（m3）=28.317升（liter）1立方米（m3）=1000升（liter）=35.315立方英尺（ft3）=6.29桶（bbl）质量换算1长吨（long ton）=1.016吨（t）1千克（kg）=2.205磅（lb）1磅（lb）=0.454千克（kg）[常衡] 1盎司（oz）=28.350克(g)1短吨（sh.ton）=0.907吨（t）=2000磅（lb）1吨（t）=1000千克（kg）=2205磅（lb）=1.102短吨（sh.ton）=0.984长吨（long ton）密度换算1磅/（lb/ft3）=16.02千克/米3（kg/m3）API度＝141.5/15.5℃时的比重－131.51磅/英加仑（lb/gal）=99.776千克/米3（kg/m3）1波美密度（B）＝140/15.5℃时的比重－1301磅/英寸3（lb/in3）=27679.9千克/米3（kg/m3）1磅/美加仑（lb/gal）=119.826千克/米3（kg/m3）1磅/（石油）桶（lb/bbl）=2.853千克/米3（kg/m3）1千克/米3（kg/m3）=0.001克/厘米3（g/cm3）=0.0624磅/英尺3（lb/ft3）运动粘度换算1斯（St）=10-4米2/秒（m2/s）=1厘米2/秒（cm2/s）1英尺2/秒（ft2/s）=9.29030×10-2米2/秒（m2/s）1厘斯（cSt）=10-6;米2/秒（m2/s）=1毫米2/秒（mm2/s）动力粘度换算动力粘度 1泊（P）＝0.1帕·秒（Pa·s）1厘泊（cP）=10-3帕·秒（Pa·s）1磅力秒/英尺2（lbf·s/ft2）=47.8803帕·秒（P a·s）1千克力秒/米2（kgf·s、m2）=9.80665帕·秒（Pa·s）力换算1牛顿（N）＝0.225磅力（lbf）=0.102千克力（kgf）1千克力（kgf）=9.81牛（N）1磅力（lbf）=4.45牛顿（N）1达因（dyn）=10-5牛顿（N）温度换算K＝5/9（°F+459.67）K=℃+273.15n℃=(5/9·n+32) °F n°F=[(n-32)×5/9]℃1°F=5/9℃（温度差）压力换算压力 1巴（bar）=105帕（Pa）1达因/厘米2（dyn/cm2）=0.1帕（Pa）1托（Torr）=133.322帕（Pa）1毫米汞柱（mmHg）=133.322帕（Pa）1毫米水柱（mmH2O）=9.80665帕（Pa）1工程大气压=98.0665千帕（kPa）1千帕（kPa）=0.145磅力/英寸2（psi）=0.0102千克力/厘米2（kgf/cm2）=0.0098大气压（atm）1磅力/英寸2（psi）=6.895千帕（kPa）=0.0703千克力/厘米2（kg/cm2）=0.0689巴（bar）=0.068大气压（atm）1物理大气压（atm）=101.325千帕（kPa）=14.696磅/英寸2（psi）=1.0333巴（bar）传热系数换算1千卡/米2·时（kcal/m2·h）=1.16279瓦/米2（w/m2）1千卡/（米2·时·℃）〔1kcal/(m2·h·℃)〕＝1.16279瓦/（米2·开尔文）〔w/(m2·K)〕1英热单位/（英尺2·时·°F）〔Btu/(ft2·h·°F)〕=5.67826瓦/（米2·开尔文）〔（w/m2·K）〕1米2·时·℃/千卡（m2·h·℃/k cal）=0.86000米2·开尔文/瓦（m2·K/W）热导率换算1千卡（米·时·℃）〔kcal/(m·h·℃)〕＝1.16279瓦/（米·开尔文）〔W/(m·K)〕1英热单位/（英尺·时·°F）〔But/(ft·h·°F)＝1.7303瓦/（米·开尔文）〔W/(m·K)〕比容热换算1千卡/（千克·℃）〔kcal/(kg·℃)〕＝1英热单位/（磅·°F）〔Btu/(lb·°F)〕＝4186.8焦耳/（千克·开尔文）〔J/（kg·K）〕热功换算1卡（cal）=4.1868焦耳（J）1大卡=4186.75焦耳（J）1千克力米（kgf·m）=9.80665焦耳（J）1英热单位（Btu）＝1055.06焦耳（J）1千瓦小时（kW·h）=3.6×106焦耳（J）1英尺磅力（ft·lbf）=1.35582焦耳（J）1米制马力小时（hp·h）=2.64779×106焦耳（J）1英马力小时（UKHp·h）=2.68452×106焦耳1焦耳＝0.10204千克·米＝2.778×10－7千瓦·小时＝3.777×10－7公制马力小时＝3.723×10－7英制马力小时＝2.389×10－4千卡＝9.48×10－4英热单位功率换算1英热单位/时（Btu/h）=0.293071瓦（W）1千克力·米/秒（kgf·m/s）=9.80665瓦（w）1卡/秒（cal/s）＝4.1868瓦（W）1米制马力（hp）=735.499瓦（W）速度换算1英里/时（mile/h）=0.44704米/秒（m/s）1英尺/秒（ft/s）=0.3048米/秒（m/s）渗透率换算1达西＝1000毫达西1平方厘米（cm2）＝9.81×107达西地温梯度换算1°F/100英尺＝1.8℃/100米（℃/m）1℃/公里＝2.9°F/英里（°F/mile）=0.055°F/100英尺（°F/ft）油气产量换算1桶（bbl）=0.14吨（t）（原油，全球平均）1万亿立方英尺/日（tcf/d）=283.2亿立方米/日（m3/d）=10.336万亿立方米/年（m3/a）10亿立方英尺/日（bcf/d）=0.2832亿立方米/日（m3/d）=103.36亿立方米/年（m3/a）1百万立方英尺/日（MMcf/d）=2.832万立方米/日（m3/d）=1033.55万立方米/年（m3/a）1千立方英尺/日（Mcf/d）=28.32立方米/日（m3/d）=1.0336万立米/年（m3/a）1桶/日（bpd）=50吨/年（t/a）（原油，全球平均）1吨（t）=7.3桶（bbl）(原油，全球平均)气油比换算1立方英尺/桶（cuft/bbl）=0.2067立方米/吨（m3/t）热值换算1桶原油＝5.8×106英热单位（Btu）1吨煤=2.406×107英热单位（Btu）1立方米湿气＝3.909×104英热单位（Btu）1千瓦小时水电＝1.0235×104英热（Btu）1立方米干气＝3.577×104英热单位（Btu）（以上为1990年美国平均热值）（资料来源：美国国家标准局）热当量换算1桶原油＝5800立方英尺天然气（按平均热值计算）1立方米天然气＝1.3300千克标准煤1千克原油＝1.4286千克标准煤。
热力学第一定律焦耳实验恒容热摩尔热容
T V
V T
dU 0 , dT 0 , dV 0 , 必然有 : U 0 V T
所以气体的热力学能与它的体积无关，（因而也和它的 压力无关），而仅是温度的函数。
2012-8-30
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15
需要注意的是：
实际上，这一结论并不准确，因为该实验水槽中水较多 ，气体压力较低，若气体自由膨胀与水交换的热较少，则温 度变化很小，不可能用那么一个粗糙的温度计的观测出来。
U U 2 U1 W(Q0) Q(W 0)
2.2.5
2012-8-30
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9
证明：系统状态一定时，内能值就为定值。
（反证法）系统状态从A经1或2到B
ΔU1=UB–UA=ΔU2
1B
若假设ΔU1>ΔU2
系统状态 A1B2A
A
2
一次循环ΔU=ΔU1 –ΔU2>0 如此每经过一次循环，就有多余的能量产生
2012-8-30
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§ 2.4 摩尔热容
一、定容摩尔热容：CV,m 二、定压摩尔热容： Cp,m 三、 CV,m与Cp,m的关系 四、 Cp,m与T的关系 五、平均摩尔热容
2012-8-30
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热容 (heat capacity)
定义: 系统由于得到微小热量 Q 而温度上升dT 时， 即为热容。单位 J · K-1
体积始终不变，Vsys=const 。
dU δQ δW δQ pamb dV δW '
2.2.6b
δQV dU dV 0 ,δW ' 0 2.3.1a
暖通工程供热热量单位换算
暖通工程供热热量单位换算暖通工程是现代建筑中非常重要的一部分，主要涉及建筑的采暖、通风、空调等方面，其中供热系统是暖通工程中最为常见和基础的组成部分之一。
在供热系统中，热量单位的换算是非常必要的，本文将介绍一些常用的热量单位及其相互换算的方法。
一、热量单位的基本概念1. 热量单位热量单位是指用来描述热的大小的一种计量单位。
国际上常用的热量单位有焦耳、卡，其中一焦耳等于4.18卡。
2. 热功当量热功当量指的是一定质量的物质被加热时需要消耗的热量，它通常用卡或焦耳来衡量。
例如，将一千克的水加热1°C所需要的热量称为水的热功当量。
3. 热容量热容量表示单位质量物质温度升高1°C所需消耗的热量，通常用卡/（kg·℃）或焦耳/（kg·℃）来表示。
二、热量单位的换算方法1. 焦耳和卡的换算由于一焦耳等于4.18卡，因此可以通过乘以4.18的方法来实现焦耳和卡之间的换算。
例如将500焦耳转换为卡，可以按照以下方法进行计算：500 J × 1 cal/4.18 J = 119.33 cal2. 热功当量和热容量的换算热功当量和热容量之间也可以通过简单的换算来转换，其中关键在于热功当量的单位是卡而热容量的单位是卡/（kg·℃）。
因此，转换方法是在热容量的分子和分母中各乘以物质的质量。
例如，将某物质的热容量从J/（kg·K）转换为cal/（g·°C），可以按照以下方法进行计算：( 1 J/g°C ) × ( 1 cal/4.18 J ) × ( 1000 g/kg ) = 0.2390 cal/kg·°C三、供热系统中的热量单位换算在供热系统中，热量单位的换算常常涉及到热功当量和热容量的转换。
例如，当需要计算某建筑单位时间内所需要的热量时，可以将建筑内的空气质量和温度差转换成热功当量，然后乘以空气的热容量即可得到所需的热量。
热功当量.
熱功當量1.目的：使力學能完全轉換成熱，證實熱是一種能量，且測定功與熱二數量間之關係。
2.實驗裝置：如右圖。
3.步驟及原理：(1) 二質量為m 公斤之重錘由高h 米處緩緩下降。
(2) 重錘下降所損失的位能悉由器內摩擦阻力化成水及容器的熱量，使水和容器的溫度增高。
(3) 若重錘升降n 次後，可使質量'm 克的水及水當量M 克的容器溫度上升T ∆℃，則：重錘下降h ，損失之重力位能U 對水及容器作功：2W mgh n =⨯（焦耳）水及容器獲得的熱量'()H m M T ∆=+（卡１）●絕熱狀態，因此U 全轉成H 。
二、熱功當量：欲產生一單位的熱量所需輸入的功。
由焦耳實驗得：4.187(/)W J J c a l H == J W H ⎧⎪⎨⎪⎩：熱功當量：功：熱例一：焦耳「熱功當量」實驗，若系統有熱傳遞到外界，則測出的熱功當量值應較實際值大或小？（需列式說明）例二：在焦耳實驗中，如兩錘之質量均為10公斤，落下之距離均為20公尺，容器中的水質量為3.8公斤，原來水溫為20℃，實器及翼瓣之總質量為2公斤，其比熱為0.1卡／ 克-℃，實驗後水溫變為20.25℃，則由此實驗得到的功當量為 。
（210/g ms =）練習：於焦耳熱功當量實驗中，容器中原有50克的水，測得溫度為20℃，再加入100克30℃之熱水後，熱平衡時溫度為25℃。
隨即使2個垂錘緩緩下降1.5米，設法使垂錘 回到原高處，再落下一樣之高度，如此重複21次，則最後之水溫為 ℃，容器之 水當量為 克。
（每個重錘4kg ；210/g m s =）例三：在焦耳的實驗裝置中，兩邊之垂錘各25kg ，設210/g m s =，且容器為絕熱，若重錘下落之距離為20米，每次下落攪動水後，設法使垂錘回到原處，再使其下落，如此重複 20次後，已知槽中的水為7kg ，且容器的水當量為3kg 。
(1) 若垂錘下落之速度甚小，則水溫升高 ℃。
(2) 若重錘以20.02/m s 之加速度落下，20秒後再使重錘回到原處，再使其以20.02/m s之加速度落下，如此重複20次後，則水溫升高 ℃。
热力学第一定律
1.2 热 力 学 第 一 定 律1.2.1 热功当量热力学第一定律的数学表达式设有任一个物系做一个任意循环（如图），吸热为Q '，做功为W ，我们发现0=+'W Q J（1）由于Q '的单位为卡，功的单位为焦耳，二者 不能直接相加，Q '前必须乘以热功转换系数或称热功当量J （焦耳/卡）。
Joule （焦耳）和 Mayer （迈耶尔)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。
即： 1 cal = 4.1840 J这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。
1.2.2 能量守恒定律自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。
到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。
1.2.3 热力学能(Internal energy)系统总能量通常有三部分组成： 1）系统整体运动的动能 2）系统在外力场中的位能 3）热力学能，也称为内能 1.2.3.1 定义热力学能是指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。
p V热力学中一般只考虑静止的系统，无整体运动，不考虑外力场的作用，所以只注意热力学能1.2.3.2 热力学能的特点1) 内能是体系内部能量的总和 U ，单位J ，kJ ，包括：• 对于组成一定的均匀体系，只要体系的量确定， U 由体系的两个性质确定。
2）3）4） 5） 6） 热力学能是状态函数。
∆U=U 2-U 1,, 微小变化d U 。
1.2.4 热力学第一定律的数学表达式W Q dU δδ+=或 W Q U +=∆这就是热力学第一定律的数学表达式。
对于非循环过程，状态函数的变化值只与初末态有关，与具体的历程无关：w ad =U f -U i =△Uh =A f -A i =△A △U = Q + W (宏观过程）—the First Law of thermodynamics无穷小过程）process( mal infinitesi -+=W Q dU δδ热力学第一定律是能量转化和守恒定律的特殊形式。
电热法测量焦耳热功当量实验
目的目的：以電熱法測出熱功當量。
實驗方法實驗方法：：由於在實際環境下用電功加熱系統使溫度升高的過程中，系統會向外散熱（原因在於系統溫度高於環境溫度）。
因此系統實際上所達到的末溫必低於沒有散熱情況時的末溫，故以牛頓冷卻定律將散熱導致的溫差求出，以求得較精確的結果。
原理原理：：早在1798年，德國侖福特以研究摩擦作功所產生的熱量，得知此熱量與供給的功成正比。
由能量守恆定理，當外界對一系統作功 W （單位"焦耳"），若這些功完全由系統轉換成內能（即熱量△H ，單位"卡"），我們能夠找出它們的換算關係W=J ×△H (1)其中的J 即為熱功當量，單位為"焦耳/卡"。
本實驗是要測量J 值。
若一系統是由不同比熱c i 和質量m i 的成分所構成，欲使此系統溫度升高△T ，需要的熱量△H ，可寫為△H =Σm i c i △T =C ×△T (2)其中C 代表整個系統的熱容，可寫成各成分的比熱與質量乘積之和。
若外界對系統作功W ，使系統溫度由T o 升到某一特定溫度T H ，由(2)式代回(1)式中可得其關係如下： W=J ×C ×(T H -T o ) (3)實驗儀器實驗儀器：：方法說明：本實驗的設計主要分成兩部分：一是測量系統熱容C ；二是對散熱所造成的誤差做修正，再與供給的電功比較，求出得較準確之熱功當量值J 。
一、測量系統熱容C設水的比熱為S(1卡/o C)，卡計系統（包括溫度計、鎳鉻線圈及銅杯等）熱容為C ，此時在卡計內的銅杯中，注入溫度T o 、質量M 克的水（約至半滿），並加熱到接近50℃ 時的溫度T H ，再量取約m 克（約與M 克差不多重），而溫度為T o 的水注入，攪勻後測得混合後的溫度T ave ，求出系統熱容C 。
(C+S ×M)(T H -T ave )=S ×m(T ave -T o )所以M S -)T -T ()T -T (m S =C ••ave H o ave (4)二、電熱法與散熱修正對於卡計系統，我們在鎳鉻線圈（電阻為R 歐姆）的兩端加電壓V （伏特），則輸入此系統的電功率為)(RV =P 2瓦特 (5)實際上，在用電功加熱系統使溫度升高的過程中，系統會向外散熱（原因在於系統溫度高於環境溫度）。
焦耳的科学研究趣
•
浆叶试验
• 从1849到1878年，焦耳反复作了四百多次 实验，所得的热功当量值几乎都是423.9千克米/ 千卡，这和现在公认值427千克米/千卡相比，只 小0.7%。焦耳用惊人的耐心和巧夺天工的技术， 在当时的实验条件下，测得的热功当量值能够在 几十年时间里不作比较大的修正，这在物理学史 上也是空前的。 • 难怪威廉· 汤姆孙称赞说：“焦耳具有从观 察到的极细微的效应中作出重大结论的胆识，具 有从实验中逼出精度来的高度技巧，充分得到人 们的赏识和钦佩。”
焦耳的科学研究趣事 ——浆叶搅拌试验
桨叶实验
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
浆叶试验
•
• 1843年末，焦耳通过摩擦作用测得热功
当量是424.9千克米/千卡。
1844年通过对压缩空气做功和空气温度 升高的关系的实验，测得热功当量是443.8千 克米/千卡。 尤其在1847年，焦耳精心地设计了一个 著名的热功当量测定装置，也就是用下降重物 带动叶桨旋转的方法，搅拌水或其他液体产生 热量。焦耳用水和鲸油作搅拌液，分别测量， 然后取平均值，得到热功当量平均值是428.9 千克米/千卡。1849年6月21日，焦耳给英国伦 敦皇家学会报告了这个结果。
焦耳热功当量实验
焦耳热功当量实验焦耳热功当量实验是一种经典的物理实验，旨在测量物体的热容和确定物体的热功当量。
本文将从物理定律、实验准备和过程，以及实验的应用和其他专业角度进行详细介绍。
首先，我们来了解一下相关的物理定律。
焦耳定律是热学中的基本定律之一，它规定了物体吸收或释放的热量与其温度变化和热容的关系。
该定律可以表示为下式：Q = mcΔθ其中，Q代表物体吸收或释放的热量（焦耳），m代表物体的质量（千克），c代表物体的比热容（焦耳/千克·摄氏度），Δθ代表物体的温度变化（摄氏度）。
为了进行焦耳热功当量实验，我们需要准备实验器材和材料。
首先，我们需要一个恒定电流的直流电源和一根电阻丝，这样可以通过电阻丝来产生热量。
另外，我们需要一个电流表和一个电压表来测量电流和电压值。
为了防止热量的损失，我们还需要一个绝热容器，如一个热水瓶。
最后，我们需要一定量的水作为实验物质。
实验准备工作包括以下步骤：首先，将电阻丝连接到电源上，并调节电流的大小，使其保持恒定。
然后，将电流表和电压表分别连接到电路中，以测量电流和电压的数值。
接下来，将电阻丝完全浸入水中，并将水装入绝热容器中。
在进行实验时，我们首先需要记录水的初始温度，然后调节电流以使电阻丝发热。
随着电流通过电阻丝并产生热量，水会逐渐升温。
在此过程中，我们需要实时记录水的温度变化，并测量电流和电压值。
当水温升高到一定程度后，我们停止加热，并记录水的最终温度。
通过实验数据，我们可以计算出实验中的焦耳热功当量。
首先，使用焦耳定律计算水吸收的热量，即Q = mcΔθ。
其中，m为水的质量，c 为水的比热容，Δθ为水的温度变化。
然后，将水吸收的热量除以电流的数值，即可得到每安培电流所产生的热量。
最后，通过比较实验所得的焦耳热功当量与理论值，可以检验焦耳定律的准确性。
焦耳热功当量实验在工程学和物理学中有广泛的应用。
首先，该实验可以用于验证焦耳定律的准确性，从而为相关领域的理论研究提供基础和支持。
焦耳测定热功当量实验原理 -回复
焦耳测定热功当量实验原理-回复焦耳测定热功当量实验原理是一种通过测量热量变化来确定物质的热功当量的实验方法。
热功当量即单位质量物质吸收或放出的热量，通常以焦耳/克（J/g）表示。
在这个实验中，我们将探索如何使用焦耳测定法来精确测量热功当量。
首先，让我们简要介绍一下实验所需的材料和设备。
为了进行焦耳测定热功当量实验，我们需要一个热量测量装置，例如一个热量容器，一个温度计和一个加热器。
此外，还需要一些试样物质，例如不同质量的水和一个可燃物质（如蜡烛）。
实验的第一步是准备实验装置。
首先，将热量容器装满一定量的水，并将温度计插入水中。
确保温度计完全浸入水中，并且不与容器底部接触。
接下来，将试样物质放入容器中，以便测量燃烧过程中释放的热量。
在第二步中，我们将点燃试样物质并观察燃烧过程。
例如，我们可以点燃蜡烛并将其放入热量容器中。
随着燃烧的进行，我们将观察到水温的变化以及可能产生的其他相关现象，如水的沸腾。
第三步是测量实验过程中发生的热量变化。
在观察燃烧过程的同时，我们将使用温度计记录水的温度变化。
在燃烧结束后，我们可以观察到水温的升高。
通过测量水的温度变化，我们可以计算出释放到水中的热量。
这个温度变化通常以摄氏度为单位，而热量的计算通常以焦耳为单位。
接下来是计算热功当量的步骤。
为了计算热功当量，我们需要知道试样物质的质量以及热量的变化。
我们可以称既定物质的热功当量为ΔH，质量为m，热量变化为q。
根据热功当量的定义，我们可以使用下面的公式计算热功当量：ΔH = q / m在这个公式中，热功当量ΔH的单位是焦耳/克（J/g），热量q的单位是焦耳（J），质量m的单位是克（g）。
最后，重复实验多次以获得更准确的结果。
由于实验中可能存在一些误差因素，例如水与容器之间的热量损失，我们应该重复实验多次并取平均值以获得更可靠的热功当量。
总结一下，焦耳测定热功当量实验是一种通过测量热量变化来确定物质热功当量的实验方法。
该实验的步骤包括准备实验装置，点燃试样物质并观察燃烧过程，测量实验过程中的热量变化，计算热功当量并重复实验多次以获得可靠的结果。
焦耳测定热功当量实验原理
焦耳测定热功当量实验原理焦耳测定热功当量实验是一种用于测量物质的热功当量的实验方法。
热功当量是指单位质量物质升温1度所吸收的热量。
这个实验原理的基础是能量守恒定律和热传导原理。
热功当量是一个重要的物理量，它在许多领域都有重要的应用。
比如，在化学实验中，热功当量可用于计算化学反应的放热或吸热量；在生物学领域中，热功当量可以帮助研究代谢物质的能量转化。
焦耳测定热功当量实验的原理主要分为以下几步：第一步，测定加热器的热功当量：实验中需要使用一个加热器将物质加热到一定温度。
首先，测量加热器（电炉或火炉）的电流和电压，根据电流和电压的乘积可以求得加热器的功率。
第二步，测量加热器加热物体前后的温度变化：在加热器加热物体之前，首先要测量物体的初始温度。
然后，将电炉或火炉启动，使物体加热一段时间后，再次测量物体的温度变化。
第三步，计算热功当量：根据能量守恒定律，物体吸收的热量应该等于热功当量乘以物质的质量和温度变化。
通过测量加热器的功率，物体的质量和温度变化，可以计算出物质的热功当量。
需要注意的是，在实验中还需要进行一些修正操作。
比如，考虑到加热器或物体表面的散热，需要进行一些修正计算。
此外，还需要保证实验过程中的温度变化和测量的准确性，避免外界因素对实验结果的影响。
除了焦耳测定热功当量实验，还有其他的方法可以测量物质的热功当量。
例如，可以使用量热器对物质进行恒压热容实验，通过测量溶液在不同温度下吸收或释放的热量来计算热功当量。
此外，还可以使用卡路里计对食物等生物质的热功当量进行测量。
总之，焦耳测定热功当量实验是一种重要的实验方法，可以帮助我们测量物质的热功当量。
通过测量加热器的功率、物体的温度变化等参数，可以计算出物质的热功当量。
这个实验原理基于能量守恒定律和热传导原理，在实验过程中需要注意修正操作和准确测量，以保证实验结果的准确性。
热功当量实验
热功当量实验【实验目的】了解电流做功和热量的关系【实验原理】历史上曾经用卡路里来作为热量的单位，即1g 水温度升高1℃所吸收的热量，简称卡。
现在人们在研究热现象的过程中逐渐认识到热量是能量的表现形式之一，它与能量有共同的计量单位，即焦耳。
1卡=4.182焦耳或者1焦耳=0.24卡路里前者称为热功当量，后者称为功热当量。
国际单位制已经正式取消卡路里作为热量的单位，现在能量、功、热量统一用焦耳作为单位。
当对一个系统利用电能进行做功时，若忽略系统损失，此系统吸收的热量值应与电能做功值相等。
()i i UIt m c m c T =++∆水水其中，U 为电压值，I 为电流值，t 为通电时间，m i 为系统各种材料的质量，c i 为系统各种材料的比热容。
本实验中共涉及3种物质，水，铜、铝。
21()UIt m c m c m c =++铜铜铝铝水水（T -T ）通过实验分别计算上式两侧数值，验证是否相等。
【实验仪器】直流稳压电源、数字电压表、数字电流表、数字温度计、滑线变阻器、单刀双掷开关、电热当量实验器【实验装置】（装置图在实验报告中不可省略）图中B 是电热当量实验器，1和2是电极（接线柱），3是加热电阻丝，4是蒸馏水，5是数字温度计探头，6、7是内筒，8是绝热保温层，9是绝热盖板，E 为直流稳压电源，R 是滑线变阻器，V 是数字电压表，A 是数字电流表，K 为单刀开关。
【实验内容】1. 按照实验装置图连接好电路。
2. 确定内筒和搅拌棒（铝）、电极（铝）、电阻丝（铜）和电极上铜帽（铜）的质量3.用量筒量取100ml 蒸馏水（100g ）倒于内筒中，并将内筒放入电热当量实验器中。
4.调节电源电压为10V 电流为1A 左右，切断电源，轻轻上下搅动搅拌棒，读取系统的初温T 1.5.按下开关的同时开始计时，并记录数字电压表上的电压值U 及电流值I6.当计时为5min 时，切断电源，用搅拌棒轻轻搅动后读取系统末温T 27.将记录数据代入公式分别计算电能做功值及系统吸收热量值，并验证两者是否相等。
热当量
电热当量一、前言在没有认识热的本质以前，热量、功、能量的关系并不清楚，所以它们用不同的单位来表示。
热量的单位用卡路里，简称卡。
焦耳认为热量和功应当有一定的当量关系，即热量的单位卡和功的单位焦耳间有一定的数量关系。
他从1840年开始，到1878年近40年的时间内，利用电热量热法和机械量热法进行了大量的实验，最终找出了热和功之间的当量关系。
如果用W表示电功或机械功，用Q表示这一切所对应的热量，则功和热量之间的关系可写成W＝JQ，J即为热功当量。
在1843年，焦耳用电热法测得的J值大约为4．568焦／卡；用机械方法测得的J值大约为4．165焦／卡。
目前公认的热功当量值为：在物理学中J＝4．1868焦／卡（其中的“卡”叫国际蒸汽表卡）；在化学中J＝4．1840焦／米（其中的“卡”叫热化学卡）。
现在国际单位已统一规定功、热量、能量的单位都用焦耳，热功当量就不存在了。
但是，热功当量的实验及其具体数据在物理学发展史上所起的作用是永远存在的。
焦耳的实验为能量转化与守恒定律奠定了基础。
二、实验仪器DW-1电阻丝量热器、DM-A2数字电流表、TW-0.5物理天平、DM-T数字温度计、DM-V4数字电压表、WYT-20直流稳压电源、DM2-001秒表、BX7-12滑线变阻器、KH-1开关。
三、实验原理仪器装置如图所示，M与B分别为量热器的内外两个圆筒，C为绝缘程度，D 为绝缘盖，J为两个铜金属棒，用以引入加热电流，F是绕在绝缘材料上的加热电阻丝，G是搅拌器，H为温度计，E为稳压电源。
强度为I安培的电流在t秒内通过电热丝，电热丝两端的电位差为U伏特。
则电场力做功为 W＝IUt（1）这些功全部转化为热量，此热量可以用量热器来测量。
设m1表示量热器内圆筒质量，C1表示其比热。
m2表示铜电极和铜搅拌器的质量，C2表示其比热。
m3表示量热器内圆筒中水的质量，C3表示水的比热，T1和T2表示量热器内圆筒及圆筒中水的初始温度和终止温度，那么量热器内圆筒及圆筒中的水等由导体发热所得的热量Q为 Q ＝（m1C1＋m2C2＋m3C3）（T2－T1）（2）所以W=Q通过实验检验此式是否相等。
有关热力学的名人事迹
有关热力学的名人事迹《焦耳：探索热功当量的艰辛历程》嘿，朋友，今天我想给你讲讲焦耳的故事。
焦耳啊，他可是在热力学领域干了一件超级了不起的事儿呢！他确定了热功当量，这对热力学的发展就像是给汽车安上了发动机一样重要。
焦耳生活在19世纪的英国。
那时候啊，大家对热和功的关系还很模糊，就像是在大雾里找路一样迷茫。
焦耳就决心要搞清楚这个问题。
他做实验那可真是困难重重啊。
你想啊，当时的实验设备可不像咱们现在这么先进。
他为了测量热和功之间的转换关系，要自己设计和制作很多实验仪器呢。
他设计了一个非常著名的实验装置，是通过重物下落带动叶片搅拌容器中的水，以此来研究功转化为热的关系。
但是在这个过程中，他遇到了不少麻烦事儿。
比如说，要精确测量水的温度变化就特别难。
一点点的外界干扰，像空气流动、容器本身的散热等，都会影响测量结果。
焦耳为了克服这些问题，那可真是绞尽脑汁。
他做了很多次实验，每次都仔细地调整实验环境，尽量减少外界因素的干扰。
他还反复检查仪器的精度，对测量数据进行了大量的分析和修正。
经过无数次的实验和失败，焦耳终于成功地确定了热功当量。
这个结果就像是一道光照亮了当时物理学界对热力学的认知。
它让人们清楚地认识到热和功之间是可以相互转换的，而且明确了转换的定量关系。
这一成果为后来的能量守恒定律的建立奠定了坚实的基础。
可以说，如果没有焦耳的努力，我们对能量的认识可能还要在黑暗中摸索很久呢。
焦耳对科学的执着和热爱，真的很让人钦佩，他那种不怕困难，一次又一次尝试的精神，也激励着后来无数的科学家在探索真理的道路上奋勇前行。
焦耳测定热功当量实验原理
焦耳测定热功当量实验原理
焦耳测定热功当量实验的原理是基于能量守恒定律和热力学第一定律。
能量守恒定律是自然界的基本定律之一，它表明在一个封闭系统中，能量不能被创造或消除，只能从一种形式转化为另一种形式。
在焦耳测定热功当量实验中，系统被视为一个封闭系统，即输入的能量等于输出的能量。
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现，它表明在一个封闭系统中，热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他形式的能量互相转化，但是在转化过程中，能量的总值保持不变。
在焦耳测定热功当量实验中，通过测量输入的热量和输出的机械功，可以验证能量守恒定律和热力学第一定律的正确性。
具体来说，通过测量输入的热量和输出的机械功，可以计算出热功当量，即每单位热量所能转换的机械功的数量。
这个结果可以用来确定能量守恒定律和热力学第一定律的正确性。
需要注意的是，焦耳测定热功当量实验的结果受到多种因素的影响，如实验装置的精度、环境温度和湿度等。
因此，在进行实验时需
要采取一系列措施来保证实验结果的准确性和可靠性。
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2.测出了热功当量（热与机械功之间的当量关系），为热力学第一定律和能 量守恒定律的建立奠定了实验基础。
焦耳与热功当量
创Байду номын сангаас微课
做功和内能的改变
创新微课
例题.如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好， 重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高，关于这个实 验，下列说法正确的是( AC )
创新微课 现在开始
焦耳与热功当量
焦耳与热功当量
焦耳
创新微课
1818年12月24日生于英国曼彻斯 特 ，起初研究电学和磁学。 1840年在 英国皇家学会上宣布了电流通过导体产 生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量 了热与机械功之间的当量关系——热功 当量，为热力学第一定律和能量守恒定 律的建立奠定了实验基础。
• A．这个装置可测定热功当量 • B．做功增加了水的热量 • C．做功增加了水的内能 • D．功和热量是完全等价的，无区别
焦耳与热功当量
小结
焦耳 条件-绝热 实验
对系统做机械功 对系统做电功
创新微课
同学，下节再见
做功和内能的改变
实验二：对系统做电功
创新微课
结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上 升的数值就相同，即系统的状态变化相同。
焦耳与热功当量
创新微课
实验条件 绝热过程:系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交 换能量,它不从外界吸热,也不向外界放热。 实验结论
1.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功 数量有关。
焦耳与热功当量
一、焦耳的实验
实验一：对系统做机械功
创新微课
焦耳在做热 功当量实验
重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内 的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。
结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值就相同，即系统状态的变化 是相同的。
焦耳与热功当量
焦耳热功当量实验装置—机械功
创新微课