冷卻法測金屬比熱容-Wang.ppt

冷卻法測量金屬的比熱容,大學(xué)物理實驗(1),深圳大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 物理實驗教學(xué)中心,實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)使用冷卻法測量金屬比熱容。 加深對比熱容、冷卻定律的理解。 掌握熱電偶測量溫度的原理與方法。,實驗原理,單位質(zhì)量的物質(zhì)，其溫度升高1K（1）所需的熱量叫做該物質(zhì)的比熱容，其值隨溫度而變化。,國際單位：J/(kgK) 常用單位：cal/(kg)、 J/(kg) 、cal/(g),根據(jù)冷卻定律，樣品因?qū)α鞫鴵p失的熱量為：,熱交換系數(shù),樣品外表面積,樣品溫度,環(huán)境溫度,常數(shù) 強(qiáng)迫對流為1，自然對流為1.25,牛頓冷卻定律-降溫方程:,這是一個 關(guān)于時間 的一階常微分方程。,對另外一金屬有：,兩式相比，整理有：,如果兩樣品形狀尺寸相同，,兩樣品表面狀況相同，周圍環(huán)境相同，,那么，當(dāng)周圍介質(zhì)溫度不變（即室溫 恒定而樣品又處于相同溫度 時），上式可以簡化為：,如果已知標(biāo)準(zhǔn)樣品的比熱容c1、質(zhì)量M1；待測樣品的質(zhì)量M2及兩樣品在溫度時冷卻速率之比，就可以求出待測的金屬材料的比熱容c2。,測量樣品（Fe和Al）在100時的比熱容。,實驗內(nèi)容,Fe,Cu,Al,實驗儀器,實驗步驟,短接數(shù)字電壓表輸入接線柱，調(diào)零數(shù)字電壓表。 按實驗要求連接好加熱儀和熱電偶測試儀。 將實驗樣品套在容器內(nèi)的熱電偶上，蓋上有機(jī)玻璃蓋，下降實驗架，使電烙鐵套在樣品上給樣品加熱。把樣品加熱到200（數(shù)字電壓表讀數(shù)8.20mV）時，斷開加熱開關(guān)。移去加熱源，使樣品在樣品室自然冷卻。,記錄試驗樣品溫度從102（數(shù)字電壓表讀數(shù)4.37mV）下降到98（數(shù)字電壓表讀數(shù)4.18mV）所需要時間t。 可按鐵、銅、鋁的次序，分別測量其溫度下降速度，每一樣品重復(fù)測量5次。,實驗步驟,注意事項,取換樣品時,用鑷子拿取,注意不要燙到手或電線 加熱器下降時注意樣品的位置 測量降溫時間時，按鍵動作要迅速，減小人為計時誤差,數(shù)據(jù)記錄,樣品從102（數(shù)字電壓表讀數(shù)4.37mV）下降到98（數(shù)字電壓表讀數(shù)4.18mV）所需要時間t:,已知樣品質(zhì)量：Mcu=4.830g MFe=4.028g MAl=1.500g 100 時銅的比熱：ccu=0.094 cal/(g),數(shù)據(jù)處理,對t取平均值， =4 ，分別計算100 附近Fe、Cu、Al的降溫速率 根據(jù)式（12-6），計算Fe、Al的比熱容。,思考題,比熱容的定義是什么？單位是什么？ 根據(jù)式（12-6），測量比熱容的條件是什么？,謝謝！,附錄,熱電偶測溫原理：,熱電偶是利用溫差電效應(yīng)制成的測溫元件，它是由兩種不同的金屬焊接而成的回路。當(dāng)兩接點a、b的溫度不同時，在閉合回路中會產(chǎn)生電動勢，該電動勢稱為溫差電動勢 。,熱電偶測溫原理圖,詳細(xì)介紹,兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)TT0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（Seeback）發(fā)現(xiàn),所以又稱西拜克效應(yīng)。,熱電偶,回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。,熱端,自由端,1. 接觸電勢,接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。,2. 溫差電勢,熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細(xì)無關(guān)。 導(dǎo)體材料確定后，熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差。,為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定（一般保持0 ）。,把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管里