水的比汽化热的测定

水的比汽化热的测定

物质由液态向气态转化的过程称为汽化，液体汽化有蒸发和沸腾两种形式，两种形式均是液体中一些热运动动能较大的分子逸出液体表面成为气体分子的过程。液体的温度越高，动能大的分子数越多，汽化就越快，汽化是一个吸热过程。单位质量的液体转变为同温度的气体所需要吸收的热量，叫这种液体的比汽化热L。比汽化热不单和液体种类有关，还和汽化时的温度有关，温度升高，比汽化热减小。

物质由气态转变为液态的过程称为凝结，凝结时将释放出在同一条件下汽化所吸收的相等的热量，因而可以通过测量凝结时放出的热量来测量液体汽化时的比汽化热。

【实验目的】

1．熟悉集成电路温度传感器AD590的特性和使用方法。

2．了解量热器的使用方法，测定水在100℃时的比汽化热。

3．学习分析热学量测量中的实验误差。

【实验仪器】

FD-YBQR液体比汽化热测定仪（含主机、加热炉及支架、烧杯，AD590温度传感器、量热器），保温瓶，天平等。

【实验原理】

1.测量原理

本实验采用混合法：将质量为M ，温度为3θ（l00℃）的水蒸气通入到量热器内杯（量热杯）中的水中，原来水的质量为m ，量热杯和搅拌器的质量分别为

1m 、2m ，水和量热杯的初始温度为1θ。水蒸气被凝结成同温度的水，最终达到

平衡时的温度为2θ，如果将系统看成是一个与外界没有热交换的孤立系统，那么系统内的放热和吸热满足下面的热平衡方程：

)()()(121123θθθθ-⋅+=-+A W W C M mC MC ML （1）

从而

)()(23121

1θθθθ---⋅+=

W A W C M

C M mC L （2）

其中：L 为水的比汽化热，W C 为水的比热容，1A C 为铝的比热容，m 为通汽前量热杯中水的质量，211m m M +=。

上面的公式是不考虑系统与外界热交换产生的热量损失时的结论，实际上只要有温差存在，就有热损失，因而存在系统误差。本实验中，热量的损失主要是蒸汽通入盛有水的量热器，在混合过程中通过量热器向外散失热量，由此而造成系统误差。可以通过下面的抵偿方法减小系统误差：通入水蒸汽前将量热杯内的水温调低，使水的初温比室温低T ∆，通汽后当水温比室温高约T ∆时停止通汽。这样，使系统从外界吸收的热量和向外界放出的热量能尽可能抵消。 2、集成测温传感器AD590特性和使用

本实验采用AD590型集成电路温度传感器来测量温度，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：

A

B I +⋅=θ

(3)

式中B 称为传感器的温度系数（或灵敏度），约为

℃/1A μ,即温度升高（或降低）C 1,流过传感器的电流I

就增加（或减小）l A μ，A 为传感器在摄氏零度时的输出电流，该值与C 0的热力学温度273 K 相对应（实验使用时，

可先放在冰点温度下进行确定）。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%11000±Ω（见图10-1）。

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 ），得到温度θ与电流I 的关系，从而根据测得的电压（或电流）求出对应的温度。

定标一般采用固定点法：利用控温测温仪测定出AD590在不同温度下对应的电流，得到测量列（θ，I ），用最小二乘法对实验数据进行直线拟合，求出直线的斜率和截距即为B 和A 。

测量要求不高时，也可采用粗略的定标方法：即B 近似取℃/0.1A μ，将传感器置于冰水混合物中，读出电压，确定出A 值。 【实验步骤】

1．温度传感器AD590定标并测室温

①将AD590的红黑接线分别插入到FD-YBQR 主机面板中的对应孔，先记录传感器处在室温中时的电压读数U 。②称量热器内杯和搅拌器的总质量1M

③再将传感器插入到冰水混合物中，读出稳定时的电压，由A B I +⋅=θ计算出电流，即为A 值。④B 取℃/0.1A μ,代入测温公式：B

A

R U -=

/θ，算出室温 室温θ＝ ℃

2.测定水的汽化热

①将盛有适量水的烧杯放在电炉上，接通电源加热(可通过主机面板温控器旋钮调节加热功率)，加热时首先要移去瓶盖，使低于沸点的水蒸汽从瓶口排出。 ②在量热杯中盛少量水，再掺冰水，使水量为2/3杯左右，水温低于室温ΔT （5～10℃）为宜，同时量热杯外不能结露，即温度不可太低。用天平称量出量热杯、搅拌器和水的总质量2M ，计算出水的质量m=2M -1M 。

③盖上烧瓶瓶盖，让水蒸汽通入到量热杯的水中，同时搅拌杯内的水，当水温比室温高约ΔT 时，打开烧瓶盖停止通汽，停止电炉通电，移开量热器继续搅拌量热杯内的水，读出稳定时的电压2U ，计算末温2θ。

④称量量热杯、搅拌器和水的总质量3M ，计算出水蒸汽质量M=3M -2M 。

⑤换掉量热杯中的水．．．．．．．．，再重测一至两次。计算各次的测量值L 取最接近公认值的一次作为实验的测量结果。 【注意事项】

1.通过加碎冰或掺冰水降低水的初温时，温度不能过低，以免量热杯结露,要等冰全熔解温度均一后才能测初温和立即通汽。

2.测初温到开始通水蒸汽的时间间隔要短。

3.初温与室温的温差ΔT 要适当，要控制好通汽时间，使室温与初温和终温与室温的温差尽可能接近相等。

4.实验中要避免带入和溅出水滴。 【数据记录】

1．传感器粗略定标及室温测量(B 取℃/0.1A μ)

室温下: 室温U = mv ，称量M 1，冰水混合物中(0℃) : U 0= mv 则A= A μ。测温公式：B

A

R U -=/θ。 室温θ＝ ℃ 2．水的比汽化热测量数据

表1：水的比汽化热测量数据记录表

量热杯、搅拌器质量M 1＝ g ，水蒸汽温度θ3= 100 ℃，

【数据处理】

计算结果如下：