实验五 混合法测量比热容
Experiment 5 Determining thermal capacity using mixing method
固体增塑剂量热学是以热力学第一定律为理论基础的一门科学，量热学所研究的范围就是如何计量物质系统借温度变化、相变、化学反应等所吸收和放出的热量。量热学的实验方法有混合法、稳流法、冷却法、潜热法、电热法等，本实验采用混合法测金属样品的比热容。 实验目的Experimental purpose
1．掌握混合法测定金属比热容的方法；
2．巩固物理天平的使用方法。
实验原理Experimental principle
将温度不同的物体混合后，如果由这些物体组成的系统没有与外界交换热量，最后系统将达到稳定的平衡温度。在此过程中，高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量。这就是热平衡原理。根据这一原理可用混合法测量金属的比热容。 为了做好实验，需有一个隔热良好的量热器。本实验用的量热器如图1所示，它由外筒和内筒组成，内筒放置在绝热架上，与外筒隔开，外筒用绝热盖盖住，盖上开两个小孔，可放入温度计和搅拌器（连有绝缘柄）。由于内筒与外筒间充有不良导体的空气，它们间传导的热量很小；又由于外筒装有绝热盖，对流的热量也很小，内筒的外壁和外筒的内外壁都 抛光，以减少热辐射。这样的量热器可被看做近似符合热平衡原理的实验系统。实验时，将待测金属样品置于加热器中加热至温度θ1，并迅速将它投入量热器的水（温度为θ2）中，最后达到平衡温度θ。设待测样品的质量为m，比热容为c，则其放出的热量为
(1)
设量热器内筒的质量为m1，比热容为c1；水的质量为m2，比热容为c2，则量热器和水吸收的热量为
(2)
根据热平衡原理，Q1= Q2。由式（1）和（2）可得待测样品的比热容为
(3)
以上讨论并没有考虑系统热量的散失，但实际上只要有温差存在，总会发生系统与外界热交换现象。本实验中热量散失主要有以下三部分：一是加热后的被测样品在投入量热器过程中散失的热量；二是量热器外部若附着水分，会因水分蒸发损失一定的热量；三是在混
合过程中量热器与外部的热交换。因此，必须考虑防止热量散失以及对热量散失进行修正。对于第一部分散失的热量，一般不易测准和修正，所以应尽量缩短投放的时间；对于第二部分，只要用干布揩干量热是器的外筒壁即可；对于第三部分散失的热量，可以用“反向补偿法”来消除，使量热器和水的初始温度θ2低于环境温度θ0，混合后的末温度θ高于θ0，并使(θ0-θ2)和(θ-θ0)大致相等，这样，量热器从系统外吸收的热量与散失的热量近似相等而相互抵消。估算方法见思考题4。
实验仪器Experimental device
量热器，加热器，温度计，物理天平，待测金属块。
实验任务Experimental assignment
1．用天平测出量热器内筒和搅拌器的质量m1。
2．多功能折叠椅在量热器内筒放入适量冷水（约为内筒容积的2/3），称出其质量m1′，则水的质量为m2= m1′- m1。
3．称出待测金属块的质量荧光灯电子镇流器m，用细线拴住金属块，将其放在加热锅中加热
至沸点θ1。
4．测出冷水的温度θ2，然后迅速地将金属块取出，放到量热器内筒中央的搅拌器中间，盖上量热器外筒盖，立即轻轻地搅拌，观察温度计，直到温度稳定不变时，记录此时的温度θ。已知内筒及搅拌器的比热容为c=0.092卡/克·度。
5．将测量数据填入自拟的表格中。计算待测样品的比热容及其百分误差。
注意事项 Cautions
1．温度计容易碰碎，在揭开和盖上绝热盖时，都要先把温度计妥善放好。
2．实验过程中，把待测样品迅速放入量热器和进行搅拌时，不要使水溅出。
3．实验时应揩干量热器的筒壁。
数据记录Data recording
课堂讨论题Discussed problems at class
1．用混合法测量比热容的理论根据是什么？
2．斜板为了符合热平衡原理，实验中应注意哪几点？
3．本实验中哪些是已知量？哪些是可测量？
4．估算一下，如何做到(θ0-θ2)≈(θ-θ0)。θ0为环境温度，θ尾气吸收塔2为水及量
热器内筒的系统初温，θ为混合温度。如m0=190克，m1=177克，c0=1.00卡/克·度，c1=0.094卡/克·度，m=350克，c估计为0.092卡/克·度。假设θ0=22℃，θ1=100℃，则水的初温大约为17℃，你是怎样估算的？（提示：根据θ0-θ2=θ-θ0，θ=2θ0-θ2代入式（3）中求θ2）
关键词key words
吸收absorption， 释放discharging， 热量heat， 热平衡thermal balance，
温度计thermometer，热辐射thermal radiation.
>人机对弈
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