液体比热容的测定

一、前言

物质的比热容定义为单位质量的物质温度升高1K 时所吸收的热量，其单位为11--⋅⋅k kg J 。常见测定液体比热容的方法有电流量热器法、冷却法、辐射法等，本实验将采用电流量热器法测定水的比热容。

二、实验仪器

IT-1型电流量热器、DM-T 型数字温度计、WYT-20型直流稳压电源、DM-A2型数字电流表、BX7-12型滑线变阻器、TW-1型物理天平、电子式秒表、单刀开关、连接导线。

三、实验原理

如图一所示，量热器中装有质量为m 、比热容为c 的待测液体。通电后在t 秒内电阻丝R 所产生热量为：

t R I Q 2=放 （1）

待测液体、玻璃内筒、铜电极、铜搅拌器吸收电阻R 释放的热量后，温度升高。设玻璃内筒质量为1m ，比热容为1c ，铜电极和铜搅拌器总质量为2m ，比热容为2c ，系统达到热平衡时初温为1T ，加热终了达到热平衡时末温为2T ，则有系统吸热：

))((122211T T m c m c cm Q -++=吸 （2）

因放吸Q Q =，故有：

))((1222112T T m c m c cm t R I -++= （3）

解得待测液体的比热容为：

)(122111

22m c m c T T Rt I m c ---= （4） 实验中只需测得（4）式右边各物理量，就可求得待测液体的比热容。

四、实验仪器简介

1、量热器

量热器结构如图一所示，1和2为铜电极，3为加热电阻丝，待测液体4盛于玻璃内筒6之中，8为泡沫绝热层，9为绝热盖板，10为搅拌器。由于内筒被绝热层8和绝热盖板9隔开，故被测液体、内筒、铜电极、搅拌器所构成的热力学系统与外界由热传导和空气对流所产生的热量交换很小，又由于量热器外壳为光滑金属表面，发射或吸收热辐射的能力较低，可以认为量热系统和外界因辐射所交换的能量也很小。因此在实验中，量热系统可以近似当作一个孤立系统。

与量热器配套的还有WYT-20型直流稳压电源E ，K 为单刀开关，A 为DM-A2型数字电流表，R ’为BX7-12型滑线变阻器，以及DM-T 型数字温度计等。

2、物理天平

物理天平的结构如图二所示，在使用中应该注意一下几点：

1）确认天平的称量和最小分度值。称量是指天平容许称量的最大质量；而最小分度值是指天平能够准确称量的最小质量（有时也称为感量）。本实验所使

用的T W-1型物理天平称量为1000g，感量为0.05g。

图二

2）称量前要对天平调节所谓“两平”。即首先通过调节底座水平螺丝1，使天平底板上水准器的小气泡位于水准器中心，此时底座处于水平位置。然后再校准天平空载时横梁7平衡，通过调节平衡螺母8，转动开关旋钮15，观察指针9的偏转，直到使指针处于读数标牌的正中，此时横梁平衡。（注意调节平衡螺母时，游码6应当位于最左边零刻度处。）

3）为了保护好物理天平横梁上的刀口，操作天平时必须遵守“抬起观察放下操作”的原则。即当旋转开关15抬起横梁时，只能观察指针的偏转情况，而不能在此时往天平托盘上增减砝码，或是拿放物体，或是调节平衡螺母等，若要进行这些操作，必须先要旋转开关15使横梁落下，平稳的落在支架上。

4）一般应按“左物右码”操作。但有时为了消除天平不等臂的系统误差，也交换物体和砝码的位置再称一次，取两次的几何平均值为作物体质量的测量值。

5）增减砝码按由大到小顺序；取砝码应用专用镊子。游码在称量1g以下的质量时很方便，但须注意游码刻度的读法，每小格表示0.05g的质量，不到一小格的需要估读。

五、实验内容和实验步骤

1、按照图一连接电路。注意将开关K 断开。

2、用物理天平称出量热器内筒玻璃杯的质量。

3、给玻璃杯加入约2/3玻璃杯容积的水，再用天平称出玻璃杯和水的共同质量。

4、将盛有待测液体的玻璃杯放入量热器中，注意不要将液体溅出，盖好绝热盖子。

5、打开电源，调节电源电压到15V ，合上开关，观察电流表，调节滑线变阻器，使电流在1A 左右。然后断开开关，轻轻搅动搅拌器，读出温度计的初温。

6、合上开关给液体加热的同时，按下秒表开始计时。

7、搅动搅拌器使整个量热器内各处温度均匀，待温度升高C ︒5时，断开电源，同时停止计时，记下末温。

六、实验操作注意事项

1、温度传感器不要插入水里太深，插到水面以下即可。

2、测初温前要充分搅拌，使量热器内部各部分之间有相同的温度。

3、加热过程中搅拌也不需要过于频繁和剧烈，因为过于激烈搅拌会对液体做功，摩擦生热，产生实验误差。

4、断开电源后立刻停表，但不应马上读出末温，应当继续搅拌，同时观察温度计读数的变化，取温度计读数的最大值作为末温。

5、在加热过程中，如果电流表读数在微小范围内波动，观察找出波动范围，并记下电流在时间上的分布，取其时间上的加权平均值作为电流值读数。

6、实验完毕应该将玻璃杯中的水倒掉，并将电极上的水擦干，以免腐蚀电极。

七、实验数据及数据处理

1、实验室给出数据：

电阻丝电阻：Ω=15R

铜电极和铜搅拌器共同质量：g m 11.182=

铜的比热容：112380.0--⋅⋅=k kg kJ c

玻璃的比热容：111920.0--⋅⋅=k kg kJ c

2、测量数据

玻璃杯质量：g m 72.1481=

玻璃杯和水的共同质量：g m 87.482='

水的质量：g m m m 15.3341=-'=

电阻丝电流：A I 006.1=

量热器初温：C T ︒=06.161

量热器末温：C T ︒=10.212

加热时间：s t 97.522=

3、水的比热容

)

(10284.4)1011.183801072.14892006.1610.2197.52215006.1(10

15.3341)(1113332322111

22-----⋅⋅⨯=⨯⨯-⨯⨯--⨯⨯⨯=---=k kg J m c m c T T Rt I m c 4、不确定度计算

由于本实验中所有物理量均为单次测量值，故不考虑A 类不确定度，只计算B 类不确定度。另外电阻R 、玻璃比热容1c 以及铜的比热容2c 的不确定度忽略不计。

对于所有质量测量值，取不确定度为：

0.0170.053

13121=⨯=∆====仪B m m m u u u u （g ） 对于电子式秒表，其最小分度值为）（仪s 0.01=∆，故其时间不确定度为：

0.00580.013131

u t =⨯=∆=仪（s ）

对于数字式电流表，其最小分度值为）（仪A 0.001=∆，故其电流不确定度为：

0.0005831=∆=仪I u (A )

对于数字式温度计，其最小分度值为)(01.0C ︒=∆仪，故温度的不确定度为：