實驗八、定容空氣溫度計

1、 對于體積不變對于體積不變的氣體，內(nèi)部壓強的氣體，內(nèi)部壓強與溫度成正比關(guān)系。與溫度成正比關(guān)系。 實驗八、定容空氣溫度計實驗八、定容空氣溫度計實驗八、定容空氣溫度計實驗八、定容空氣溫度計 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容 實驗重點實驗重點 實驗儀器設(shè)備及材料實驗儀器設(shè)備及材料 實驗裝置實驗裝置 實驗原理實驗原理 實驗步驟實驗步驟 注意事項注意事項 思考與討論思考與討論一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?1. 了解溫度測量的方法及基本要求。了解溫度測量的方法及基本要求。 2. 學(xué)會標(biāo)度定容空氣溫度計和用空氣溫度計學(xué)會標(biāo)度定容空氣溫度計和用空氣溫度計 校準(zhǔn)水銀溫度計。校準(zhǔn)水銀溫度計。二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容

2、 學(xué)會標(biāo)度定容空氣溫度計和用空氣溫度計校準(zhǔn)水銀學(xué)會標(biāo)度定容空氣溫度計和用空氣溫度計校準(zhǔn)水銀 溫度計。溫度計。三、實驗重點三、實驗重點 1. 空氣溫度計的原理。空氣溫度計的原理。 2. 空氣溫度計的度標(biāo)及校準(zhǔn)?？諝鉁囟扔嫷亩葮?biāo)及校準(zhǔn)。四、實驗主要儀器設(shè)備及材料四、實驗主要儀器設(shè)備及材料 定容空氣溫度計，大燒杯（高大于定容空氣溫度計，大燒杯（高大于40厘米，直徑厘米，直徑 大于大于25厘米），溫度計，電磁爐，冰箱。厘米），溫度計，電磁爐，冰箱。 五、實驗裝置五、實驗裝置 電磁爐上有鋁筒，鋁筒里電磁爐上有鋁筒，鋁筒里面放一個充有一定質(zhì)量的干燥面放一個充有一定質(zhì)量的干燥空氣的玻璃泡容器，玻璃泡容空氣的

3、玻璃泡容器，玻璃泡容器經(jīng)細管與一個曲管水銀壓強器經(jīng)細管與一個曲管水銀壓強計相接而使玻璃泡內(nèi)空氣密封。計相接而使玻璃泡內(nèi)空氣密封。曲管水銀壓強計的一側(cè)有標(biāo)尺，曲管水銀壓強計的一側(cè)有標(biāo)尺，另一側(cè)有豎桿（上有標(biāo)志記號另一側(cè)有豎桿（上有標(biāo)志記號X X）。上下移動水銀儲存器）。上下移動水銀儲存器R R，可以使靠近球形容器的水銀柱可以使靠近球形容器的水銀柱面發(fā)生變化（實驗中與記號面發(fā)生變化（實驗中與記號X X相平齊）。相平齊）。六、實驗原理六、實驗原理（一）（一） 溫度計原理溫度計原理 物體的冷熱程度用溫度的高低來描述，不同的物體物體的冷熱程度用溫度的高低來描述，不同的物體（系統(tǒng)）如果達到熱平衡，則它們具

4、有相同的溫度。因（系統(tǒng)）如果達到熱平衡，則它們具有相同的溫度。因此，為了測量不同物體的溫度，就可以選擇某個物體的此，為了測量不同物體的溫度，就可以選擇某個物體的溫度作為標(biāo)準(zhǔn)，只要這個物體與被測量物體到達熱平衡，溫度作為標(biāo)準(zhǔn)，只要這個物體與被測量物體到達熱平衡，那么這個標(biāo)準(zhǔn)物體的溫度就是被測物體的溫度。這個當(dāng)那么這個標(biāo)準(zhǔn)物體的溫度就是被測物體的溫度。這個當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)的、能測量溫度的儀器就叫溫度計。做標(biāo)準(zhǔn)的、能測量溫度的儀器就叫溫度計。 實驗表明，當(dāng)溫度改變時，物體的某些屬性實驗表明，當(dāng)溫度改變時，物體的某些屬性x x也相應(yīng)也相應(yīng)地改變（可以是體積、壓強、電阻等）。只要物體的某地改變（可以是體積、壓強

5、、電阻等）。只要物體的某一屬性一屬性x x隨著溫度隨著溫度t t的變化是單調(diào)而顯著的，則這一屬性的變化是單調(diào)而顯著的，則這一屬性就有可能被用來標(biāo)志溫度，或者說用來確定溫度。一般就有可能被用來標(biāo)志溫度，或者說用來確定溫度。一般情況下，情況下，x x不僅隨著溫度而變化，還隨著其它屬性的變化不僅隨著溫度而變化，還隨著其它屬性的變化而變化，例如氣體的壓強不僅隨溫度變化，還隨氣體的而變化，例如氣體的壓強不僅隨溫度變化，還隨氣體的體積而變化。體積而變化。 因此在利用因此在利用x x屬性表示溫度時，還需保證其它可能引屬性表示溫度時，還需保證其它可能引起起x x變化的因素不發(fā)生。在這種情況下，特別是當(dāng)溫度變化

6、的因素不發(fā)生。在這種情況下，特別是當(dāng)溫度t t是是x x的線性函數(shù)時，用的線性函數(shù)時，用x x來標(biāo)志溫度最為方便，即當(dāng)來標(biāo)志溫度最為方便，即當(dāng) （a a和和 b b為常數(shù)）為常數(shù)） （1 1） 成立時，則只要選定成立時，則只要選定“兩個定點兩個定點”，即兩個，即兩個“基準(zhǔn)溫度基準(zhǔn)溫度”（例如水的冰點和沸點），可以從（例如水的冰點和沸點），可以從t t與與x x的線性關(guān)系式出的線性關(guān)系式出發(fā)，用發(fā)，用x x的各個數(shù)值來標(biāo)志各對應(yīng)的溫度，這樣就可以建的各個數(shù)值來標(biāo)志各對應(yīng)的溫度，這樣就可以建立某一種溫標(biāo)。如水的冰點（即純冰與容有空氣的飽和立某一種溫標(biāo)。如水的冰點（即純冰與容有空氣的飽和純水溶液在一

7、個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，達到平衡的溫度）定位純水溶液在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，達到平衡的溫度）定位00，則由（，則由（1 1）式得：）式得： （2 2）baxtbax00 又如水的沸點（在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水沸騰的溫度）又如水的沸點（在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水沸騰的溫度）定位定位100100，則由（，則由（1 1）式得：）式得： （3 3） 以上（以上（2 2）式和（）式和（3 3）式中的）式中的 和和 分別是分別是00和和100100隨對應(yīng)的隨對應(yīng)的x x 值。將值。將 和和 兩點間內(nèi)分為兩點間內(nèi)分為100100等分，等分，x x每改變每改變1 1等分視為溫度改變等分視為溫度改變1 1 。 由（由（1 1

8、）式、（）式、（2 2）式和（）式和（3 3）式可得：）式可得： （4 4） 這樣規(guī)定的溫標(biāo)稱作攝氏溫標(biāo)，用單位用這樣規(guī)定的溫標(biāo)稱作攝氏溫標(biāo)，用單位用表示。例如表示。例如水銀溫度計，是利用液態(tài)水銀的體積膨脹來標(biāo)志溫度的，水銀溫度計，是利用液態(tài)水銀的體積膨脹來標(biāo)志溫度的，即即 , ,代入（代入（4 4）式則有：）式則有： （5 5）bax1001000 x100 x0 x100 xCxxxxt001000100Vx CVVVVt001000100 華氏溫標(biāo)：若取冰點為華氏溫標(biāo)：若取冰點為3232，沸點為，沸點為212212，兩定點間，兩定點間內(nèi)分為內(nèi)分為180180等分，這樣的確定的溫標(biāo)稱為華氏

9、溫標(biāo)。等分，這樣的確定的溫標(biāo)稱為華氏溫標(biāo)。 經(jīng)驗溫標(biāo)：利用某種測溫物質(zhì)的某種屬性隨溫度的變化經(jīng)驗溫標(biāo)：利用某種測溫物質(zhì)的某種屬性隨溫度的變化規(guī)律所確定的溫標(biāo)，稱為經(jīng)驗溫標(biāo)。規(guī)律所確定的溫標(biāo)，稱為經(jīng)驗溫標(biāo)。 由于測溫物質(zhì)的不同屬性形成了各種溫度計，這些由于測溫物質(zhì)的不同屬性形成了各種溫度計，這些溫度計除了冰點和沸點外，其它溫度不不嚴(yán)格一致，常溫度計除了冰點和沸點外，其它溫度不不嚴(yán)格一致，常有微小的差別。有微小的差別。常用的玻璃液體溫度計構(gòu)造簡單，讀數(shù)方便，但也有較多常用的玻璃液體溫度計構(gòu)造簡單，讀數(shù)方便，但也有較多缺點：缺點：1.1.溫度計的測量范圍較小，如水銀的凝固點為溫度計的測量范圍較小，如

10、水銀的凝固點為-38.87-38.87，比這再低的溫度就不能用它測了；比這再低的溫度就不能用它測了；2.2.玻璃毛細管內(nèi)徑常有不均勻情況；玻璃毛細管內(nèi)徑常有不均勻情況；3.3.玻璃熱膨脹后不易恢復(fù)原狀（熱滯現(xiàn)象）；玻璃熱膨脹后不易恢復(fù)原狀（熱滯現(xiàn)象）；4.4.液體的體膨脹系數(shù)較小，且溫度不同時也不一樣；液體的體膨脹系數(shù)較小，且溫度不同時也不一樣； 由于以上缺點，這類溫度計不能用于精密測量。在由于以上缺點，這類溫度計不能用于精密測量。在精密測量時常用純鉑電阻溫度計，而它又是靠氣體溫度精密測量時常用純鉑電阻溫度計，而它又是靠氣體溫度計來校準(zhǔn)的。計來校準(zhǔn)的。氣體溫度計是以氣體為測溫物質(zhì)的，其優(yōu)點是：

11、氣體溫度計是以氣體為測溫物質(zhì)的，其優(yōu)點是：1.1.測量范圍很大，許多氣體的液化點很低（如氫氣的液化測量范圍很大，許多氣體的液化點很低（如氫氣的液化點為點為-252.780-252.780），在液化點以上的溫度都可以用氣體），在液化點以上的溫度都可以用氣體溫度計來測量；溫度計來測量；2.2.氣體的熱膨脹系數(shù)比液體大很多，因此裝氣體的玻璃容氣體的熱膨脹系數(shù)比液體大很多，因此裝氣體的玻璃容器的膨脹如有不均勻或熱滯現(xiàn)象時，對氣體膨脹精確度器的膨脹如有不均勻或熱滯現(xiàn)象時，對氣體膨脹精確度的影響就要比對液體的小的多，因而可以忽略不計；的影響就要比對液體的小的多，因而可以忽略不計；3.3.各種不同的氣體溫度

12、計，不論定壓的還是定容的，所指各種不同的氣體溫度計，不論定壓的還是定容的，所指示的溫度基本一樣，僅在精確度極高時才能看出小的差示的溫度基本一樣，僅在精確度極高時才能看出小的差別。別。氣體溫度計的缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，讀數(shù)不便。氣體溫度計的缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，讀數(shù)不便。 國際上采用絕對熱力學(xué)溫標(biāo)為基本溫標(biāo)，它是理論國際上采用絕對熱力學(xué)溫標(biāo)為基本溫標(biāo)，它是理論上所用的溫標(biāo)，它與理想氣體做測溫物質(zhì)時的溫標(biāo)相同。上所用的溫標(biāo)，它與理想氣體做測溫物質(zhì)時的溫標(biāo)相同。在這種溫標(biāo)中，規(guī)定水的冰點為在這種溫標(biāo)中，規(guī)定水的冰點為273.15K273.15K，沸點是，沸點是373.15K 373.15K 。實際上，在相當(dāng)

13、廣的范圍內(nèi)，實際氣體的性。實際上，在相當(dāng)廣的范圍內(nèi)，實際氣體的性質(zhì)與理想氣體相差極小，因此由實際氣體溫度計所定的質(zhì)與理想氣體相差極小，因此由實際氣體溫度計所定的溫標(biāo)，十分接近理想氣體溫標(biāo)。溫標(biāo)，十分接近理想氣體溫標(biāo)。 絕對溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系為絕對溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系為 , ,其中其中t t為攝氏溫標(biāo)的溫度，為攝氏溫標(biāo)的溫度，T T為絕對溫標(biāo)的溫度，為絕對溫標(biāo)的溫度， 是冰點是冰點的絕對溫標(biāo)溫度，即為的絕對溫標(biāo)溫度，即為273.15K273.15K。0TtT0T（二）（二） 定容空氣溫度計定容空氣溫度計 本實驗研究的是定容空氣溫度計。它是取一定質(zhì)量本實驗研究的是定容空氣溫度計。它是取一定質(zhì)量的

14、空氣做測溫物質(zhì)，將其裝于某一容器（玻璃泡）中，的空氣做測溫物質(zhì)，將其裝于某一容器（玻璃泡）中，并保持其容積不變。并保持其容積不變。 由理想氣體的物態(tài)方程由理想氣體的物態(tài)方程 可得：可得： （6 6） （6 6）式）式T T中為絕對溫標(biāo)的溫度。絕對溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)中為絕對溫標(biāo)的溫度。絕對溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系為系為 , ,其中其中t t為攝氏溫標(biāo)的溫度，為攝氏溫標(biāo)的溫度，T T為絕對溫標(biāo)為絕對溫標(biāo)的溫度，的溫度， 是冰點的絕對溫標(biāo)溫度，即為是冰點的絕對溫標(biāo)溫度，即為273.15K273.15K。 nRTPV TPnRV0TtT0T 所以（所以（6 6）式換算成攝氏溫標(biāo)為：）式換算成攝氏溫標(biāo)為：

15、即即 （7 7） 由于氣體的體積不變，式中由于氣體的體積不變，式中 V,n,R V,n,R 均為常數(shù)，所以均為常數(shù)，所以可以假設(shè)用另一個常數(shù)表示：可以假設(shè)用另一個常數(shù)表示： 則（則（7 7）式變?yōu)椋┦阶優(yōu)?和（和（1 1）式相同。在這種情況下，）式相同。在這種情況下，壓強隨著溫度作直線變化，故用壓強來標(biāo)志溫度，壓強隨著溫度作直線變化，故用壓強來標(biāo)志溫度，即即 。由（。由（4 4）式可得：）式可得： （8 8） 上式溫度單位為上式溫度單位為。15.273tPnRVtPnRV15.27315.273bnRVabaxtPx CPPPPt001000100 由于在我們的實驗條件下，沸點時大氣壓不是標(biāo)準(zhǔn)

16、大由于在我們的實驗條件下，沸點時大氣壓不是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，因此沸點溫度也不是氣壓，因此沸點溫度也不是100100。實驗室大氣壓。實驗室大氣壓 所所對應(yīng)的沸點溫度對應(yīng)的沸點溫度 ，可查附表。因此（，可查附表。因此（8 8）式應(yīng)改為：）式應(yīng)改為： （9 9） 式中式中 是溫度為零時容器內(nèi)的壓強，是溫度為零時容器內(nèi)的壓強， 是溫度為沸點溫是溫度為沸點溫度度 時容器內(nèi)的壓強。時容器內(nèi)的壓強。PbtbbtPPPPt00bPbt0P 玻璃泡內(nèi)空氣壓強玻璃泡內(nèi)空氣壓強P P的測量：上下移動水銀儲存器使的測量：上下移動水銀儲存器使靠近球形容器的水銀柱面與記號靠近球形容器的水銀柱面與記號X X相平齊。當(dāng)電磁爐開始相

17、平齊。當(dāng)電磁爐開始加熱，鋁筒中的水溫發(fā)生后，玻璃泡容器內(nèi)氣體的溫度、加熱，鋁筒中的水溫發(fā)生后，玻璃泡容器內(nèi)氣體的溫度、壓強或體積都發(fā)生變化。上下移動水銀儲存器壓強或體積都發(fā)生變化。上下移動水銀儲存器R R，靠近球，靠近球形容器的水銀柱面與記號形容器的水銀柱面與記號X X相平齊，這時球形容器內(nèi)空氣相平齊，這時球形容器內(nèi)空氣的體積沒有變。氣體的壓強與溫度成正比變化?？梢杂傻捏w積沒有變。氣體的壓強與溫度成正比變化?？梢杂蓧簭娪媰蛇叺乃y高度差壓強計兩邊的水銀高度差 和實驗室的氣壓和實驗室的氣壓 求得，求得，即即 （1010） 本實驗內(nèi)容即為根據(jù)（本實驗內(nèi)容即為根據(jù)（9 9）式和（）式和（1010）式

18、來定標(biāo)定容）式來定標(biāo)定容空氣溫度計的攝氏溫標(biāo)?？諝鉁囟扔嫷臄z氏溫標(biāo)。hbPhPP 七、實驗步驟七、實驗步驟 1 1 定標(biāo)沸點的氣壓定標(biāo)沸點的氣壓 為實驗室大氣壓，從實驗室福廷為實驗室大氣壓，從實驗室福廷 式氣壓計讀出式氣壓計讀出 。 查出氣壓對應(yīng)沸點查出氣壓對應(yīng)沸點 。 2 2、使靠近球形容器的水銀柱面與記號、使靠近球形容器的水銀柱面與記號X X相平，讀出記號相平，讀出記號X X 的高度的高度 。 3 3、將玻璃泡、待校溫度計置于盛有冰水混合物的水中以、將玻璃泡、待校溫度計置于盛有冰水混合物的水中以 確定其零點確定其零點( (時間要足夠時間要足夠) )。 4 4、上下移動水銀儲存器、上下移動水

19、銀儲存器R R，使靠近球形容器的水銀柱頂，使靠近球形容器的水銀柱頂 點升至記號點升至記號X X，記錄此時靠近尺子的水銀柱的高度，記錄此時靠近尺子的水銀柱的高度 和溫度計的讀數(shù)和溫度計的讀數(shù) 。 Pbt0h1h1tP5 5、開啟電磁爐，開始加熱、開啟電磁爐，開始加熱, ,每升高每升高1010，停止加熱，充分，停止加熱，充分攪拌，當(dāng)球形容器在與室溫相同的水中已有攪拌，當(dāng)球形容器在與室溫相同的水中已有1010分鐘時方分鐘時方可記錄數(shù)據(jù)。上下移動水銀儲存器可記錄數(shù)據(jù)。上下移動水銀儲存器R R，靠近球形容器的，靠近球形容器的水銀柱面與記號水銀柱面與記號X X相平齊，記錄靠近尺子的水銀柱的高相平齊，記錄靠

20、近尺子的水銀柱的高度度 和溫度計的讀數(shù)和溫度計的讀數(shù) 。6 6、容器里的水加熱沸騰并持續(xù)、容器里的水加熱沸騰并持續(xù)5 5分鐘，上下移動儲存器分鐘，上下移動儲存器R R使水銀柱頂點升至記號使水銀柱頂點升至記號X X。記錄沸點時靠近尺子的水銀。記錄沸點時靠近尺子的水銀柱的高度柱的高度 和溫度計的讀數(shù)和溫度計的讀數(shù) 。、32hh、54hh、5432tttt沸騰h沸騰t7 7、停止加熱，充分攪拌讓水冷卻。下降過程中，每隔、停止加熱，充分攪拌讓水冷卻。下降過程中，每隔1010，記錄靠近尺子的水銀柱的高度，記錄靠近尺子的水銀柱的高度 和溫度計的讀數(shù)和溫度計的讀數(shù) 。可用加冷水和?？捎眉永渌统浞謹嚢璧姆椒铀倮鋮s。下降至室溫即可。充分攪拌的方法加速冷卻。下降至室溫即可。 注意：下降過程要密切觀察水銀柱，因為空氣冷卻時會注意：下降過程要密切觀察水銀柱，因為空氣冷卻時會收縮，如果儲存器不往下放一點，水銀會掉進球形容器收縮，如果儲存器不往下放一點，水銀會掉進球形容器內(nèi)，實驗就要重做。內(nèi)，實驗就要重做。8 8、記錄數(shù)據(jù)并作出壓強、記錄數(shù)據(jù)并作出壓強P P溫度溫度t t（）圖）圖( (線性回歸法線性回歸法) )和做出水銀溫度計的校準(zhǔn)曲線和做出水銀溫度計的校準(zhǔn)曲線 - ,- , . .、54321hhhhh、54321ttttt水銀溫度計讀數(shù)tt水銀溫度計讀數(shù)氣體t