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空气比热容比测定实验报告(实验数据及其处理)
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空气比热容比测定实验报告(实验数据及其处理)
官方公共微信表3.3（1）改进后测量Al的冷却时间（1）；表3.3（2）改进后测量Al的冷却时间（2）；由表3.3（1）的数据可计算出Al的比热容为0.；；由表3.3（2）；；正可得铝的平均冷却时间t=7.304s，经计算可；（二）混合法测量结果与误差分析1.测量数据与结果；设量热器的内筒中装有质量为m0，比热为c0，初温；mxcx(T2-T3；)=(m0c0+m1c1
表3.3（1） 改进后测量Al的冷却时间（1）
表3.3（2） 改进后测量Al的冷却时间（2）
由表3.3（1）的数据可计算出Al的比热容为0.238的数据可计算出Al的比热容为0.217
；由表3.3（2）
。采用上述方法进行同样的修
正可得铝的平均冷却时间t=7.304s，经计算可得修正后铝的比热为0.233
（二）混合法测量结果与误差分析 1.测量数据与结果
设量热器的内筒中装有质量为m0，比热为c0，初温为T1的水，将质量为mx，温度为T2，比热容为cx的金属块，投入到内筒的水中，搅拌器的质量为m1，量热器的质量为m2。不考虑量热器、金属块、水和搅拌器组成的系统与外界之间的热量交换，当混合达到热平衡后，整个系统混合温度为T3。我们设T1 & T2，则根据热平衡原理，可列出平衡方程为
mxcx(T2-T3
) = (m0c0+m1c1+m2c2) (T3 -T1)
即 cx =(m0c0+m1c1+m2c2)(T3 -T1)/mx(T2-T3)
因此，实验成功的关键是准确测出T1、T2、T3，再代入即可求得待测金属块的比热cx值。 所测结果如下：
1、质量：mx（铁块）=55.37g ；
m1(铝)=22.5g
m2（铜）=132.6g；
m0（水）=121.62g
2已知比热：c2=0.094
3温度：T1=20.0℃ ；
T2=80.0℃ ；
T3=23.0℃ 根据公式计算出铁块的比热为0.13242. 产生误差的地方及影响分析
该方法较冷却法容易引入误差的地方较多，主要讨论如下：
1、在热学实验中，热量散失是不可避免的。当物体温度高于室温时有热量散出，反之则吸入，温差越大，时间越长，这种散出或吸入的热量也就越多。该因素是混合法测量比热容中造成误差的一个最重要的原因。因此为了减少散热的影响，我们除尽量使量热器隔热外，还需要对所得结果进行散热修正。
2、温度计读数的滞后性，在我们读温度示数时，由于温度计的滞后性，实际金属加热温度要高于读数温度，这样所测结果偏大
3、在把铁螺母倒入水中时如果水略有溅出，这样会导致结果偏大
4、在把金属从沸水中拿出导入量热器中盖上盖子这个过程要迅速，以减少这个过程中热量的散失。
5、在实验时，忽略了温度计插入深度对实验结果的影响，会导致测量结果偏小 3．散热修正
在混合测量金属比热试验中，系统与外界的热交换对测量结果的影响比较明显，现在对其进行修正。
由于铁块投入量热器后，当内筒中水的温度达到最高以前，总有一部分热量传给周围而散失了。所以理论上的终温是不可能达到的。现对其修正如下：在铁块投入水中之前，每隔一段时间测量一次冷水的温度，做出温度―时间曲线AB（其中B对应的温度为初温T1）。将铁块投入水中之后，系统温度上升到T，做BE升温曲线（E所对应的温度为平衡温度T3）。混合后由于平衡温度T3要高于室温，系统要向外散热，继续每隔一段时间测出相应的温度，再做一条温度―时间曲线ED。ED为混合后水的降温曲线。为了找出理想的T1和T3，把曲线AB向前
延长，ED向后延长并过室温T0做时间轴的平行线交于曲线的G点，再过G点作与温度轴平行的直线，分别和AB，ED的延长线交于C和F点。C和F这两个点的温度坐标可以认为是理想状态下的T1和T3，也就是相当于热交换无限快时水的初温和末温。所记录的温度随时间变化如下表，室温21.6℃
表3.4 水的温度随时间的变化关系
按表3.4中数据可作得对应的温度―时间曲线如图3.1所示
Temperature(C)
图3.1 散热修正曲线
按上述关系经修正后所得温度T1=20.24℃, T3=23.48℃ 利用修正后的温度计算所得铁的比热容为cx=0.114 近于真实结果. 四、结论
本研究分析了金属比热容测量实验中有可能引起误差的地方，对误差造成的影响进行了讨论，提出了改进和修正的实验方法。计算结果表明，采用修正的方法所得结果比原来更为准确。该研究对于今后更好的指导大学物理实验教学具有一定的意义。
,此结果应更接
致谢：在此毕业论文完成之际，我向我的指导老师曹猛老师表示衷心的感谢，感谢他在百忙之中抽出时间对我撰写论文的精心指导，感谢曹猛老师在试验过程中给予我的鼓励和帮助。向所有关心和帮助过我的人表示衷心的感谢。
参考文献：
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　混合法测定金属的比热容 物质比热容的测量属于量热学范围, 由于量热实验的误差...2. 系统散热误差的修正(面积补偿法) 在热学实验中,系统不可能完全绝热,必然... 　金属比热容的测定 根据牛顿冷却定律,用冷却法测定金属比热容是热学中常用方法之...持高于室温的样品自然冷却,这样结果重复性 好,可以减少测量误差,提高实验准确度... 　用混合法测定金属的比热容。 掌握散热修正公式与方法...器,防止表面附着的水蒸发散失较多热量增大实验误差。...(设行一个小实验进行观察与探究) : 1.确定传感器... 　有关物质比热容 的测定在量热学实验中具有广泛的...实验设备以 及实验结果修正和精确度等多方面考虑,...因金属容易放热而引起较大的误差[4].在对金属比热... 　有关物 质比热容的测定在量热学实验中具有广泛的...实验设备以及实验结果修正和精确度等多方面考虑,选取...加热器下端放下时,因金属容易放热而引起较大的误差... 　精品实验项目调查表实验项目名称: 金属比热容的测定 ...上式中的 T2 和 T3 必须经过散热修正才能准确得到...器,防止表面附着的水蒸发散失较多热量增大实验误差。... 　金属块的比热容, 并进行了散热修 正是误差减小到...本次探究就是根据热平衡原理用混合法测量铜的比热。...1.2 散热修正的引入: 在热学实验中,保持系统为... 　高于室温的样品自然冷却,使测 量结果的重复性好,从而减少测量误差,提高实验准确...M 1 ? 1 ?t ?t (1)式中 C1 为该金属样品在温度 θ1 时的比热容, ...GT4603 金属比热容测定的解决方案中国教育装备采购网围观1388次我要分享
GT4603 金属比热容测定仪说明书
冷却法测量金属的比热容
根据牛顿冷却定律用冷却法测定金属或液体的比热容是量热学中常用的方法之一.若已知标准样品在不同温度的比热容,通过作冷却曲线可测得各种金属在不同温度时的比热容.本实验以铜样品为标准样品,而测定铁、铝样品在100℃时的比热容.通过实验了解金属的冷却速率和它与环境之间温差的关系,以及进行测量的实验条件.热电偶数字显示测温技术是当前生产实际中常用的测试方法,它比一般的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的非线性因素等优点；其次,它的电量数字化还可以对工业生产自动化中的温度量直接起着监控作用.
【实验原理】
单位质量的物质,其温度升高1K(或1℃)所需的热量称为该物质的比热容,其值随温度而变化.将质量为M1的金属样品加热后,放到较低温度的介质(例如室温的空气)中,样品将会逐渐冷却.其单位时间的热量损失(△Q/△t)与温度下降的速率成正比,于是得到下述关系式：
(1) 式中C1为该金属样品在温度θ1时的比热容,
为金属样品在θ1的温度下降速率,根据冷却定律有：
(2) 式中α1为热交换系数,S1为该样品外表面的面积,m为常数,θ1为金属样品的温度,θ0为周围介质的温度.由式(1)和(2),可得
同理,对质量为M2,比热容为C2的另一种金属样品,可有同样的表达式：
由式(3)和(4),可得
假设两样品的形状尺寸都相同(例如细小的圆柱体),即S1=S2；两样品的表面状况也相同(如涂层、色泽等),而周围介质(空气)的性质当然也不变,则有α1=α2.于是当周围介质温度不变(即室温θ0恒定),两样品又处于相同温度θ1=θ2=θ时,上式可以简化为：
如果已知标准金属样品的比热容C1、质量M1；待测样品的质量M2及两样品在温度θ时冷却速率之比,就可以求出待测的金属材料的比热容C2.几种金属材料的比热容见表1：
CFe(cal/g℃)
CA1(cal/g℃)
Ccu(cal/g℃)
【实验仪器】
图 1&& GT4603型冷却法金属比热容测量仪
本实验装置由加热仪和测试仪组成.加热仪的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的防风圆筒即样品室内的底座上,测温热电偶放置于被测样品内的小孔中.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的铜－康铜做成的热电偶(其热电势约为0.024mV/℃),将热电偶的冷端置于冰水混合物中,带有测量扁叉的一端接到测试仪的“输入”端.热电势差的二次仪表由高灵敏、高精度、低漂移的放大器放大加上满量程为20mV的三位半数字电压表组成.这样当冷端为冰点时,由数字电压表显示的mV数查表即可换算成对应待测温度值.
【实验内容】
开机前先连接好加热仪和测试仪,共有加热四芯线和热电偶线两组线.
1、选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三种金属样品(铜、铁、铝)用物理天平或电子天平秤出它们的质量M0.再根据MCu＞MFe＞MA1这一特点,把它们区别开来.
2、使热电偶端的铜导线与数字表的正端相连；冷端铜导线与数字表的负端相连.当样品加热到150℃(此时热电势显示约为6.7mV)时,
切断电源移去加热源,样品继续安放在与外界基本隔绝的有机玻璃圆筒内自然冷却(筒口须盖上盖子),记录样品的冷却速率
具体做法是记录数字电压表上示值约从E1=4.36mV降到E2=4.20mV所需的时间△t(因为数字电压表上的值显示数字是跳跃性的,所以E1、
E2只能取附近的值),从而计算
按铁、铜、铝的次序,分别测量其温度下降速度,每一样品应重复测量6次.因为热电偶
的热电动势与温度的关系在同一小温差范围内可以看成线性关系,即
式(5)可以简化为：
3、仪器的加热指示灯亮,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.
4、注意：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.
5、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.
【数据处理与分析】
样品质量：Mcu=&&&&& g； &&MFe=&&&&& g； &&MA1=&&&&& g.
热电偶冷端温度：&&&& ℃
样品由4.36mV下降到4.20mV所需时间(单位为S)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 表2
以铜为标准：C1=Ccu=0.0940 cal/g K
下面是一组实测的数据,来举例数据的处理和分析.
样品质量：Mcu=9.549g； MFe=8.53g； MA1=3.03g.
样品由4.36mV下降到4.20mV所需时间(单位为S)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 表3
以铜为标准：C1=Ccu=0.0940 cal/(gK)
* 以上数据仅供参考.
来源：西安飞腾仪器仪表有限公司作者：
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