金属比热容的测定实验报告

金属比热容的测定实验报告

篇一：实验11 金属比热容的测定3600

实验二金属比热容的测定- 99 -

实验十一金属比热容的测定

根据牛顿冷却定律，用冷却法测定金属比热容是热学中常用方法之一。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。本实验以铜为标准样品，测定铁、铝样品在100oC 时的比热容。实验目的

1．通过本实验了解金属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，进一步巩固牛顿冷却定律；

2．用冷却法测定金属比热容。实验仪器

金属比热容测量仪、升降台、热源（电烙铁）、铜－康铜热电偶、金属样品

（铁、铝、铜）、防风筒（加盖）、电源线、真空保温杯、调零线、秒表、支架。

实验装置如图2-1所示，对测量试样温度采用常用的铜－康铜做成的热电偶，当冷端为冰点时，测量热电偶热电动势差的二次仪表由高灵敏、高精度、低漂移的放大器加上三位半数字电压表（放大电路的满量程为20mV）组成，由数字电压表显示的mV数即对应待测温度值。加热装置可自由升降和左右移动。被测样品安放在大容量的防风圆筒内即样品室，其作用保持高于室温的样品自然冷却，这样结果重复性好，可以减少测量误差，提高实验准确度。本实验可测量金属在各种温度时的比热容（室温到2000C）。其中：

a. 热源,加热采用75瓦电烙铁改制而成，

利用底盘支撑固定并可上下移动（其电源由金图2-1 属比热容测量仪上的“热源”开关控制）；

b. 实验样品，是直径5mm,长30mm

的小圆柱，其底部深孔中安放热电偶（其热电动势约/0C），而热电偶的冷端则安放在冰水混合物内；

c. 铜-康铜热电偶；

d. 热电偶支架；

e. 防风容器；

f. 三位半数字电压表[其输出电压（温度）由金属比热容测量仪中的数字电压表读出]，显示用三位半面板表；

g. 冰水混合物。实验原理

单位质量的物质，其温度升高1K所需的热量叫做该物质的比热容，其值随温度而变化。将质量为M1的金属样品加热后，放到较低温度的介质中，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（由于金属样品的直径和长度都很小，而导热性能又很好，所以可认为样品各处的温度相同）

，

- 100 -基础物理实验（二）

于是得到下述关系式：

?Q?C1M1??1

?t?t式中C1为该金属样品在温度?1时的比热容，

??1

为金属样品在?1时的温度下降速?t

率。根据牛顿冷却定律有：

?Q

?a1s1m ?t

式中a1为热交换系数，s1为该样品外表面的面积，m为与周围介质状况有关的系数，?1为金属样品的温度，?0为周围介质的温度。由式和，可得：

C1M1

??1

?a1s1m ?t

同理，对质量为M2，比热容为C2的另一种金属样品，可有同样的表达式：C2M2

??2

?a2s2m t

由上式和，可得：

??2

C2M2

t?a2s2m a1s1C1M11

t

所以：

??1M1a2s2m

t C2?C1

2M2asm

t111

如果两样品的形状尺寸都相同，即s1?s2；两样品的表面状况也相同，而周围介质的性质当然也不变，则有a1?a2。于是当周围介质温度不变时，上式可以简化为:

M11

C2?C1

M22

如果已知标准金属样品的比热容C1 、质量M1、待测样品的质量M2及两样品在温度?时的温度下降速率之比，就可以求出待测金属材料的比热容C2。已知铜在100oC时的比热容为：CCu?/ 实验内容

一．必做部分：测量铁和铝在1000C

时的比热容

1．用电子天平称出各金属样品的质量M。再根据MCu?MFe?MAl这一特点，把它们区别开来。[由于三种金属样品表面均镀上相同的金属薄层（表面光洁度尽可能相同），它们的长度、直径都相同，故难以直观分辨]。

2．用铜-康铜热电偶测量温度，而热电偶的热电动势采用低漂移的放大器和三位半数字电压表，经信号放大后输入数字电压表显示的满量程为20mV，读出的mV数查附表即可换算成温度。使热电偶热端的铜导线与数字电压表的正端相连；冷端的铜导线与数字电压表的负端相连。

实验二金属比热容的测定- 101 -

3．将样品安置在防风金属筒内，开始加热。加热电烙铁的电压为。当样品加热到某一定值即100oC 时，切断电源移去电烙铁，样品继续安放在与外界基本隔绝的金属圆筒内自然冷却。当温度升到接近102oC时开始记录（测量样品

由102oC下降到98oC所需的时

间?t），从而计算样品的冷却速率?。按铁、铜、铝的次序，分别测量其温度下??t100c

降速度，每样品重复测量5次。因为各样品的温度下降范围相同所以公式可以简化为：

M2

C2?C11

M21

具体做法：可记录电压表值约从E1?降到E2?所需的时间?t ，从而计算E?。

注意：热电偶的热电动势与温差的关系在同—小温差范围内可看作线性关系，即

??EEm1???t?1 1?1 ，故c?c

21

?E?

m??222

?t?2

二．选做部分：测量铁和铝在200℃时的比热容实验方法与100oC

时相同，试比较二者的结果。注意事项1．首先金属比热容测量仪调零。（输入端直接用调零线相连，再用调零旋钮）。2．加热后不许接触铜-康铜热电偶和待测样品。3．热电偶的冷端必须实际接触冰水混合物。4．室温尽量保持恒温。思考题

1．为什么实验应在防风金属筒中进行？

2．测量三种金属的冷却规律，并在作图纸上画出冷却曲线。如何求出它们在同一温度点的冷却速率？

- 102 -基础物理实验（二）

附表

铜—康铜热电偶分度表（参考端温度为0℃）

篇二：金属比热容实验报告

深圳大学实验报告

课程名称：大学物理实验（一）

实验名称：金属比热容的测量

学院：医学院

指导教师：报告人：组号：