南昌大学大物实验报告-冰的熔化热的测量

大学物理实验报告课程名称:大学物理实验

实验名称：冰的比熔化热的测量

学院名称：机电工程学院

专业班级：车辆工程151班

学生姓名：吴倩萍

学号：5902415034

实验地点：基础实验大楼D508

实验时间：第二周周三下午15：45开始

一、实验目的：

1．理解熔化热的物理意义，掌握混合量热法测定冰的熔化热。 2.学会一种用图解法估计和消除系统散热损失的修正方法。 3.熟悉集成温度传感器的特性及定标。

二、实验原理：

1.混合量热法测定冰的比熔化热

比熔化热是指在一定压强下，单位质量物质从固相转变为同温度的液相的过程中所吸收的热量，称为该物质的比熔化热，本书中用L 来表示。在一定的压强下，结晶的固体要升高到一定的温度才熔解，在熔解过程中物质的温度保持不变，这一温度称为熔点。如在大气压下，冰熔解时温度保持为0℃，而且由冰熔化而成的水也保持为0℃，直到冰全部熔化成水为止。

将质量为m 1温度为0℃的冰投入盛有质量为m 2温度为T 1的水的量热器内筒中，设冰全部熔化为水后平衡温度为T 2，设量热器内筒、搅拌器的质量分别为m 3、m 4，其比热容分别为c 1、c 2，水的比热容为c 0。由混合量热法原理可知，冰全部熔化为同温度（0℃）的水以及其从0℃升到T 2过程中所吸收的热量等于其余部分（水m 1、量热器内筒m 3、搅拌器m 4）从温度T 1降到T 2时所放出的热量：

(m 2c 0+m 3c 1+m 4c 2)(T 1−T 2)=m 1L +m 1T 2c 0 (16-1) 冰的熔化热的实验公式为： L =

1m 1

(m 2c 0+m 3c 1+m 4c 2)(T 1−T 2)−T 2c 0 (16-2)

式中水的比热容C 0=4.18×103 J/(kg ·℃)，铝制的内筒、搅拌器比热

容c 1=c 2=0.9002×103 J(kg ·℃) 2．散热修正——面积补偿法

本实验依据混合量热法测量冰的溶化热，要求实验热学系统（实验装置）、测量方法和实验操作等方面与外界环境无热交换。但由于实际上很难做到与外界完全没有热交换，严格的孤立系统是得不到的。因此，实验中必须要考虑热量交换散热误差对实验结果的影响，即实验过程要进行散热修正，使系统的散热与吸热相互抵消。

牛顿冷却定律指出，当系统与环境的温度差不大（不超过10~15℃）时，单位时间内该系统与周围交换的热量速率∆Q

∆t 近似与温度差成正比，

其数学式为:

∆Q ∆t

=k(T −T 0) (16-3)

式中式T 为系统的温度，T 0为环境的温度，k 为散热系数，只与系统本身的性质有关。

实验过程中，从混合前一段时间到混合后一段时间均记录下温度和时间的关系，绘制T-t 曲线,如图16-1中的实线部分。我们采用面积补偿法修正系统散热对实验测量精度的影响，即确定公式（16-2）中的初、末温度。设图中T 1约为B 点对应水的初温；T 2约为C 点对应的系统平衡温度。我们估寻一个温度θ，由它对应的G 点绘制一条EGF 直线平行于T 轴，它与BGC 线组成两个小面积BGE 和CGF ，使这两个小面积相等，则E 和F 两点对应为修正后系统的温度T 1和T 2,代入公式即可求出熔化热。

如图16-1所示，由T 1降温到θ过程是系统向环境散热，所散的热量为:

Q 散=∫k (T −θ)dt t

G t

B

,温度从θ降到T 2过程是系统从环境吸热，所吸

收的热量为：Q 吸=∫k (T −θ)dt t

c

t

G

。Q 吸和Q 散正是上述两个小面积，两者相等时便使交换的总热量正好为零。应该指出，由于冰块越熔越小，表面积也变小，交换热量速度变慢，所以T-t 曲线上的BC 段明显地不是直线，其斜率越来越小。

三、实验仪器:

量热器、药物分析天平、秒表、温度计、冰、烧杯、吸水纸、木夹子等。

四、实验内容：

1.冰的比熔化热的测量 (1)用冰箱制备0℃的冰

(2)对纯冰的质量和水的初温、水的质量的初步考虑

使水的初温比室温高约10℃~15℃，水的终温应比室温低。要求初温、终温各自与室温的绝对差值大致相等。实验时，尚需注意水的终温不能低于当时的露点，否则周围的水汽将会凝结在量热器内筒的外壁上，并向待测系统释放热量。因此，实验前应测定露点，选择水的初温；水的体积占内筒的12~1

3为宜。

(3)T-t 曲线的测定

按上述估算，在量热器内筒加入适量的水，并将水温加热至估计的初温值。用天平分别称出加水前后的量热器的质量。准备好冰块，按下秒表，开始记录水温与时间的关系，5~6min 后，把准备好的冰块揩干投入水中，继续记录水温与时间的关系，直至温度上升5~6min 后为止，测出加冰后量热器的质量。

注意：测量过程盖子应盖好，还要不停地用搅拌器轻轻地搅拌内筒中的水，以保证热学系统的温度均匀，同时防止内筒中的水搅出内筒外和桌面上，以保持内筒中水的质量不减小；冰的质量m应在测出末后再称量。

温T

2

五、实验数据与处理：

表格一实验主表格

表格二温度随时间变化数据表格

由图像计算可知，T1=38℃,T2=16℃ 所以代入公式L =

1m 1

m 2c 0(T 1−T 2)−T 2c 0可得：

L=(1

48×198×4.18×103×22−16×4.18×103)×10−3

=312.455

六、实验误差分析：

1．实验误差主要是由仪器造出的误差。在测量冰的熔解热的实验当中，由于加入冰块后温度下降十分迅速，用数字三用表测量温度的时候读数改变过快，所以在读数的时候会造成误差。

2.在加冰后进行搅拌的时候，由于仪器的原因，一些水会在搅拌的过程中溅出内筒，这样在最后称量和计算的过程中，会造成误差是熔解热结果偏大。

3.在进行数据处理的时候，作图要求使S 1+S 2=S 3但在实际作图的时候很难完全使S 1+S 2=S 3，所以会造出一定的误差。

七、附上原始数据：