实验8冷却法测金属比热容

错误!未定义书签。实验八冷却法测量金属得比热容

用冷却法测定金属或液体得比热容就是量热学中常用得方法之一。若已知标准样品在不同温度得比热容,通过作冷却曲线可测得各种金属在不同温度时得比热容、热电偶数字显示测温技术就是当前生产实际中常用得测试方法,它比一般得温度计测温方法有着测量范围广,计值精度高,可以自动补偿热电偶得非线性因素等优点。

本实验以铜样品为标准样品,而测定铁、铝样品在100℃或200℃时得比热容。通过实验了解金属得冷却速率与它与环境之间温差得关系,以及进行测量得实验条件。

【实验目得】

1.掌握用冷却法测定金属得比热容,测量铁、铝金属样品在100℃或20０℃温度时得比热容、

2.了解金属得冷却速率与环境之间得温差关系,以及进行测量得实验条件。

【实验仪器】

DＨ４603型冷却法金属比热容测量仪、待测量金属材料样品(铜、铁、铝)等

【实验原理】

单位质量得物质,其温度升高1K(或1℃)所需得热量称为该物质得比热容,其值随温度而变化。将质量为得金属样品加热后,放到较低温度得介质(例如室温得空气)中,样品将会逐渐冷却、其单位时间得热量损失()与温度下降得速率成正比,于就是得到下述关系式:

(8-1) 式中为该金属样品在温度时得比热容,为金属样品在得温度下降速率,根据冷却定律有:

(8－2) 式中为热交换系数,为该样品外表面得面积,m为常数,为金属样品得温度,为周围介质得温度。由式(8－1)与(8—2),可得

(8－3) 同理,对质量为,比热容为得另一种金属样品,可有同样得表达式:

(8-4) 由式(８-3)与(８－4),可得:

所以

假设两样品得形状尺寸都相同(例如细小得圆柱体),即,两样品得表面状况也相同

(如涂层、色泽等),而周围介质(空气)得性质当然也不变,则有。于就是当周围介质温度不变(即室温恒定),两样品又处于相同温度时,上式可以简化为:

(８-5)

因为热电偶得热电动势与温度得关系在同一小温差范围内可以瞧成线性关系,即,所以式(8—５)可以简化为:

(8-6)

如果已知标准金属样品得比热容、质量;待测样品得质量及两样品在温度时冷却速率之比,就可以求出待测得金属材料得比热容。几种金属材料得比热容见下表: Fe(c ａｌ/g ℃) Ａ１(c ａｌ/g ℃) Cu(c ａl ／ｇ℃))

１０0℃ 0.1１0

0、23０

０。094０

【实验步骤与要求】

1。开机前先用加热四芯线与热电偶线两组线连接好加热仪与测试仪。

2.选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同得三种金属样品(铜、铁、铝)用物理天平秤出它们得质量M,再根据>＞这一特点,把它们区别开来。

3.使热电

偶端得铜导线与数字表

得正端相连;冷端铜导线与数字表得负端相连、当样品加热到150℃时,切断电源移去加热源,样品继续安放在与外界基本隔绝得有机玻璃圆筒内自然冷却(筒口须盖上盖子),记录样品得冷却速率、

方法:记录数字电压表上示值约从降到所需得时间,从而计算、按铁、铜、铝得次序,分别测量其温度下降速度,每一样品应重复测量6次。

比

热容温

度 ℃

热电偶

图8-1 冷却法金属比热容测

样品

数字电压表

注意:

(1)仪器得加热指示灯亮,表示正在加热;如果连接线未连好或加热温度过高(超过20０℃)导致自动保护时,指示灯不亮、升到指定温度后,应切断加热电源。

(2)测量降温时间时,按“计时”或“暂停”按钮应迅速、准确,以减小人为计时误差、

(3)加热装置向下移动时,动作要慢,应注意要使被测样品垂直放置,以使加热装置能完全套入被测样品、

4.数据记录、处理与分析

样品质量:= ｇ;＝g; =g、

热电偶冷端温度:℃

样品由下降到所需时间(单位为s)

以铜为标准:

铁: Cal／(g K)

铝: Ｃal／(gＫ)

【预习思考题】

1。比热容得定义就是什么?单位就是什么？

2、为什么实验应该在防风筒(即样品室)中进行?

【课后习题】

1.测量三种金属得冷却速率,并在图纸上绘出冷却曲线,如何求出它们在同一温度点得冷却速率？

【附录】

一、DH46０３型金属比热容测定仪介绍与使用说明

本实验装置由加热仪与测试仪组成。加热仪得加热装置可通过调节手轮自由升降。被测样品安放在有较大容量得防风圆筒即样品室内得底座上,测温热电偶放置于被测样品内得小孔中。当加热装置向下移动到底后,对被测样品进行加热;样品需要降温时则将加热装置移上。仪器内设有自动控制限温装置,防止因长期不切断加热电源

而引起温度不断升高、

测量试样温度采用常用得铜－康铜做成得热电偶(其热电势约为),将热电偶得冷端置于冰水混合物中,带有测量扁叉得一端接到测试仪得“输入”端。热电势差得二次仪表由高灵敏、高精度、低漂移得放大器放大加上满量程为20ｍV得三位半数字电压表组成。这样当冷端为冰点时,由数字电压表显示得ｍV数查表即可换算成对应待测温度值。

图8－2DH４６03型金属比热容测定仪测试仪

温度

(℃)

热电势(mV)

0 1 2 ３ 4 5 6 ７８9

—１0 －０。

38３

－0、4

２１

-０、

458

-０.4

９6

—0.5

３4

－

０.57

１

-0、６

-０、

６46

-0。

683

—0。

７20

—0 ０。0

０0

—

0.039

—

0.07

７

-0、11

６

-0、

154

—0。

193

-0。23

１

—0、2

６9

—0。3

０7

-０、

345

0 ０。

000

0.039

０。

078

0、1

１7

0、15

６

0.１

９5

０。

234

0。273 0。312

0。３

10 ０。

391

0。430 0、470

0。５

0。549

0。5

８9

0、６

２9

０、

669

0.709

0。７

４9

20 0、７

0。830

0。８7

０

０。９

０.95

0.992

1。03

２

１。07

３

1、114

１。1

５5

３０1。１

1、237

１、

279

１、

320

１.３

1、403

1。4

４4

1、486

１。5

２８

１、５

40 １。61

１

1。653

1、６

1。7

３8

1.78

０

1.88

２

1。865 1.907

1。９

1。992

注意:不同得热电偶得输出会有一定得偏差,所以以上表格得数据仅供参考。