實驗十二冷卻法測量金屬比熱容

1、<p>　　實驗十二 冷卻法測量金屬比熱容</p><p>　　一 實 驗 目 的</p><p>　　掌握用冷卻法測定金屬的比熱容，測量金屬在室溫至200℃溫度時的比熱容。</p><p>　　2 了解金屬的冷卻速率與環(huán)境之間的溫差關系，以及進行測量的實驗條件。</p><p>　　二 實 驗 原 理</p>

2、<p>　　單位質量的物質，其溫度升高或降低1K（1℃）所需的熱量，叫做該物質的比熱容，其值隨溫度而變化。根據(jù)牛頓冷卻定律，用冷卻法測定金屬的比熱容是量熱學常用方法之一。若已知標準樣品在不同溫度的比熱容，通過作冷卻曲線可測量各種金屬在不同溫度時的比熱容。本實驗以銅為標準樣品，測定鐵、鋁樣品在100℃或200℃時的比熱容。將質量為的金屬樣品加熱后，放到較低溫度的介質（例如室溫的空氣）中，樣品將會逐漸冷卻。其單位時間的熱量損失（

3、）與溫度下降的速率成正比，于是得到下述關系式：</p><p><b>　　（1）</b></p><p>　　式中為該金屬樣品在溫度時的比熱容，為金屬樣品在的溫度下降速率，根據(jù)冷卻定律有：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中 為熱交換系數(shù)為該樣品外表面的面積，m為

4、常數(shù)，為金屬樣品的溫度，為周圍介質的溫度。由式（1）和（2），可得</p><p><b>　　（3）</b></p><p>　　同理對質量為，比熱容為的另一種金屬樣品，可有同樣的表達式：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　由（3）和（4）式，可得：</p>

5、;<p><b>　?。?） </b></p><p>　　所以 （6）</p><p>　　如果兩樣品的形狀尺寸都相同，即；兩樣品的表面狀況也相同（如涂層、色澤等），而周圍介質（空氣）的性質當然也不變，則有。于是當周圍介質溫度不變（即室溫恒定而樣品又處于相同溫度）時，上式可以簡化為：</p><p>

6、<b>　?。?）</b></p><p>　　如果已知標準金屬樣品的比熱容質量；待測樣品的質量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。幾種金屬材料的比熱容見表1，實驗裝置（圖1所示）。</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　三 實 驗 內(nèi) 容</p><

7、;p>　　用銅一康銅熱電偶測量溫度，而熱電偶的熱電勢采用溫漂極小的放大器和三位半數(shù)字電壓表，經(jīng)信號放大后輸入數(shù)字電壓表顯示的滿量程為20mV，讀出的mV數(shù)查表即可換算成溫度。</p><p>　　選取長度、直徑、表面光潔度盡可能相同的三種金屬樣品（銅、鐵、鋁）用物理天平或電子天平秤出它們的質量。再根據(jù)這一特點，把它們區(qū)別開來。</p><p>　　使熱電偶端的銅導線數(shù)字表的正端相連；

8、冷端銅導線與數(shù)字表的負端相連。當本隔絕的有機玻璃圓筒內(nèi)自然冷卻（筒口須蓋子）。當溫度降到接近102℃時開始記錄，測量樣品102℃下降到98℃所需要時間。按鐵、銅、鋁的次序，分別測量其溫度下降速度，每一樣品得重復測量5次。因為各樣品的溫度下降范圍相同（Δθ=102℃-98℃ =4℃）所以公式（7）可以簡化為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>

9、　　儀器紅色指示燈亮，表示連接線未連好或加熱溫度過高（超過200℃）已自動保護。</p><p>　　注意：測量降溫時間時，按“計時”或“暫停”按鈕應迅速、準確，以減小人為計時誤差。</p><p>　　四 實 驗 數(shù) 據(jù)</p><p>　　例：樣品質量：。熱電偶冷端溫度：0℃樣品由120℃下降到98℃所需時間（單位為S）</p><p>

10、;<b>　　表2</b></p><p><b>　　以銅為標準：</b></p><p><b>　　鐵：</b></p><p><b>　　鋁：</b></p><p><b>　　技術指標</b></p>&l

11、t;p>　　數(shù)字電壓表：三位半，量程：0-20mV，分辨率：0。01mV，準確度：讀</p><p><b>　　數(shù)+1字。</b></p><p>　　加熱器功率：50W。</p><p>　　傳感器采用銅、康銅熱電偶。</p><p>　　測量金屬在100℃時的比熱容與公認值百分差小于5%。</p>

12、<p>　　輸入交流電壓：220V。</p><p>　　電源功率約：90W。</p><p><b>　　重量：7.5Kg。</b></p><p><b>　　五 附 錄</b></p><p>　　由于配方和工藝的不同，實際使用的銅一康銅熱電偶在100℃溫度時（冷端溫度為0℃）