冰的熔解熱測定

1、個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)115 / 5冰的熔解熱測定【實驗?zāi)康摹? 了解熱學(xué)實驗中的基本問題一一量熱和計溫；2 . 了解粗略修正散熱的方法；3 .進行實驗安排和參量選擇?！緦嶒瀮x器】量熱器，物理天平或電子天平，數(shù)字溫度計（-10.0 100.0oC 一支），停表等。,就青計| n本實驗用量熱器組成一個近似絕熱的孤立系，P統(tǒng)，以滿足實驗所要求的實驗基本條件。量熱器的絕一、新e ， ， ，一， ， ， 一 種類很多，因測量的目的、要求、測量精度的不同-而異。本實驗采用結(jié)構(gòu)最簡單的一種如圖4-15-1岔雇內(nèi)簡代面鏘亮所示，它由兩個用導(dǎo)熱良好的金屬（如銅）做成的內(nèi)筒和外筒相套而成。內(nèi)筒放在外筒內(nèi)的絕熱

2、支架、*上，外筒用絕熱蓋蓋住，因此空氣與外界對流很小，圖H «#木意圖又因空氣是熱的不良導(dǎo)體，所以內(nèi)、外筒間借熱傳導(dǎo)方式傳遞的熱量便可以減至很小。同時由于內(nèi)筒的外壁及外筒的內(nèi)壁都電鍍得十分光亮，使得它們發(fā)射或吸收輻射熱的本領(lǐng)變得很小，于是我們進行實驗的系統(tǒng)和環(huán)境之間因輻射而產(chǎn)生熱量的傳遞也可以減小。這樣的量熱器已經(jīng)可以使實驗系統(tǒng)粗略地接近于一個絕熱的孤立系統(tǒng)了。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索【實驗原理】1 .混合量熱法測量冰熔解熱原理在一定壓強下，晶體熔解時的溫度稱為熔點。單位質(zhì)量的晶體熔解為同溫度的液體 時所吸收的熱量，稱為熔解潛熱，也稱熔解熱L。不同的晶體有不同的熔解熱。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索本

3、實驗是量熱學(xué)實驗中的一個基本實驗， 采用了量熱學(xué)實驗的基本方法一一混合量 熱法。它所依據(jù)的原理是， 在絕熱系統(tǒng)中，某一部分所放出的熱量等于其余部分所吸收 的熱量。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索將M克0c的冰投入盛有 m克TJC水的量熱器內(nèi)筒中。設(shè)冰全部熔解為水后平衡溫度為丁2,若量熱器內(nèi)筒、攪拌器和溫度計的質(zhì)量分別為mm2和m3,其比熱容分別為Ci、C2和C3,水的比熱容為 Co。則根據(jù)混合量熱法所依據(jù)的原理，冰全部熔 解為同溫度(0C)的水及其從 0c升到T2c過程中所吸收的熱量等于其余部分從溫度 TiC降到T2c時所放出的熱量，即 文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索ML +M12 -0 Co =(mCo +miCi

4、+m2c2 +m3c3 強-T2 )(4-15-1)由此可得冰的熔解熱為.1一八八(4-15-2)L 二 mC0 m£i - m2c2m3c3 Ti -丁2 -丁2。0其比在上式中，水的比熱容Co為4.18X 103j/kg.C ,內(nèi)筒、攪拌器和溫度計都是銅制的, 熱容Ci=C2=C3 =0.378X 103J/kg.C。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索2 .實驗過程中的散熱修正前已指出，必須在系統(tǒng)與外界絕熱的條件下進行實驗。為了滿足此條件，我們應(yīng)該從實驗裝置、測量方法和實驗操作等方面盡量減 少熱交換。但是，由于實際上往往很難做到與外 界完全沒有熱交換，因此，必須研究如何減少熱 量交換對實驗結(jié)果的

5、影響。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索設(shè)圖4-15-2所示的溫度-時間曲線是在進行 冰的熔解熱實驗過程中繪制的，為水的初溫，它較環(huán)境溫度 T0高，因此，在投入冰塊之前， 由于向外界散熱，水溫也隨時間而緩慢降低，如AB段所示。與B點相應(yīng)的溫度為 T1，它就是投 入冰塊時的溫度。 在剛投入冰塊時，水溫高，冰的有效面積大，熔解快，因此系統(tǒng)溫度T降低較 快，如BC段所示；隨著冰的不斷熔化， 冰塊逐漸變小，水溫逐漸降低，冰熔解就慢了，水溫的降低就變緩慢了，如 CD段所示。D點的溫度為丁2,它是冰塊和水混合后的最 低平衡溫度。此后，由于系統(tǒng)從外界吸熱，水溫緩慢升高，如DE段所示。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索牛頓冷卻定律指出，當(dāng)系

6、統(tǒng)與環(huán)境的溫度差不大(不超過1015C)時，系統(tǒng)溫度的變化率與溫度差成正比，其數(shù)學(xué)式為文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索dTk (T 一丁0)dt(4-15-3)式中T為系統(tǒng)的溫度，To為環(huán)境的溫度，k'為散熱系數(shù)，只與系統(tǒng)本身的性質(zhì)有關(guān)。設(shè)(4-15-4)系統(tǒng)的熱容為C,并注意到dQ =CdT,于是，上式可改寫為 文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索孚=Ck'T % =kT -T0式中k=k C,也是常數(shù)。根據(jù)上式，實驗過程中，即系統(tǒng)溫度從T1變?yōu)門2這段時間(tit2)內(nèi)系統(tǒng)與環(huán)境間交換的熱量為Q=jk(T -To)dtt2(4-15-5)二k (T -To)dt - k (T -T°)dt ti

7、to前一項T-To>0,系統(tǒng)散熱，后一項 T-To<0,系統(tǒng)吸熱，兩積分對應(yīng)與圖4-15-2中面積由此可見，Sa與系統(tǒng)向外界散失的熱量成正比，即有Q *KSa； Sb與系統(tǒng)從外界吸收的熱量成正比，即有 Q吸=KSB。因此，只要 SaSb,系統(tǒng)對外界的吸熱和散熱就可以 相互抵消。 文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索要使Sa-Sb,就必須使(n-To) > (T0-T2),究竟T1和T2應(yīng)取多少，或(-To): (T0-T2)應(yīng)取多少，要在實驗中根據(jù)具體情況調(diào)整選擇。具體做法是要進行多次實驗，而且在做完某次實驗并繪制出Tt曲線后，根據(jù) Sa和Sb的面積判斷出下一次實驗應(yīng)如何改變T1和丁2。如此反

8、復(fù)多次，就能找出最佳的初溫和末溫丁2。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索上述這種使散熱與吸熱相互抵消的作法，往往要經(jīng)過若干次試驗，才能獲得比較好的效果?！緦嶒瀮?nèi)容與步驟】1 .冰的制備將冰從冰箱取出后置于0 C的容器中，過一段時間后再取出并用干布揩干其表面的水后可作為待測的樣品了。2 .合理選擇各個參數(shù)的數(shù)值在做實驗時可以適當(dāng)選擇數(shù)值的參量有水的質(zhì)量m、冰的質(zhì)量 M、始溫T1及末溫T2。在做第一次實驗時，T1可比環(huán)境溫度高 10c15C,水的體積約為量熱器內(nèi)容積的三分之二左右，放入的冰塊必須能全部被水淹沒，使冰盡快溶解。若末溫太低，第二次實驗時為了提高末溫，可以減少冰塊的質(zhì)量，也可以增加水的質(zhì)量或提高始溫。

9、應(yīng)該 注意，末溫不能選得太低，以免內(nèi)筒外壁出現(xiàn)凝結(jié)水而改變其散熱系數(shù)。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索3 .冰的溶解熱的測定(1)用物理天平分別稱出量熱器內(nèi)筒和攪拌器的質(zhì)量m1、m2及水的質(zhì)量m,溫度計的質(zhì)量 m3在其上面已標(biāo)明。 文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索(2)從放入冰塊前三四分鐘開始測溫，每隔 0.5min測一次溫度，讀取 68個數(shù) 據(jù)；記下放入冰塊時刻，放入冰塊后每隔10秒測一次水溫，目的是盡量在對應(yīng)圖 4-15-2 的BC段多測出幾個數(shù)據(jù)；在溫度達到最低溫度后，繼續(xù)測溫五六分鐘，每隔0.5min測一次，讀取 1012個數(shù)據(jù)。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索應(yīng)該注意，為使溫度計讀數(shù)確實代表所要測量的系統(tǒng)的溫度，整個實驗過程

10、要不斷.輕輕地進行攪拌。(3)利用上述數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪出Tt曲線，用外推法確定投冰時的水溫參照圖4-15-2的散熱修正方法，盡可能準(zhǔn)確地估算Sa和Sb面積，若相差太大，則應(yīng)調(diào)整各參量的數(shù)值，重新做實驗。若基本相等，則可轉(zhuǎn)到下一步驟。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索(4)測量包括攪拌器、水及放入的冰塊在內(nèi)的量熱器內(nèi)筒總質(zhì)量，并算出冰塊的 質(zhì)量M。(5)由(4-15-2)式算出冰的溶解熱及作出標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定?！緮?shù)據(jù)處理】1 .使用儀器的規(guī)格，技術(shù)指標(biāo)天平：稱量 級別 分度值 允差祛碼：級別 允差數(shù)字溫度計：測溫范圍：分度值 允差2 .理論常量水的比熱容：Co=4.18X103J/ (kg.oC)銅的比熱容：

11、C1=C2=C3 =0.378X 103J/ ( kg.oC)3 .測量數(shù)據(jù)記錄表4-15-1用物理天平稱衡個質(zhì)量(單位：X10-3kg)m1 （內(nèi)筒）m2 (攪拌器)m3 (溫度計)m1+m （水）m1+m+M （冰）表4-15-2 放冰前后水溫T隨時間t變化的數(shù)據(jù)室溫:放冰前（每隔0.5min測溫一次）n （序）012345678T (oC)放冰后到最低溫度 T2 （每隔10s測溫一次）放冰時刻：n （序）91011121314151617T (°C)達最低溫度后（每隔 0.5min測溫一次）n （序）181920212223242526T (°C)4 .根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出 Tt圖線（要用坐標(biāo)紙作圖線）5 .計算測量結(jié)果及其不確定度。預(yù)習(xí)思考題1 .本實驗中的“熱學(xué)系統(tǒng)”是由哪些部分組成的？2 .熱傳遞有幾種方式？量熱器結(jié)構(gòu)上是如何防止熱傳遞的？3 .混合量熱法所依據(jù)的原理是什么？我們應(yīng)從哪幾個方面考慮來盡量滿足混合量熱法所要求的 條件？4 .在實驗中，為什么要進行散熱修正？它是根據(jù)什么定律進行的？具體操作要調(diào)整哪些參量？怎樣調(diào)整？其中參量 T1有什么要求？文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索思考題