tceic.com
简单学习网 让学习变简单
当前位置:首页 >> 学科竞赛 >>

全国中学生物理竞赛实验参考七


全国中学生物理竞赛实验参考资料石家庄二中内训讲义

第七部分三个热学实验,对应《指导书》下述实验 8、测定冰的融化热 干燥的布 9、测定固体的线膨胀系数 管式恒温电炉(或者管式蒸汽加热恒温炉),温度自动 控制器,数字温度计,千分表,米尺,待测样品。 10、 测定液体的热容 测定液体比热容的专用实验装置, 数字温度计两台, 电子天平, 停表,热水和冷水,待测饱和

热食盐水,饱和冷食盐水,自来水。 量热器,电子天平,数字温度计,冰,冷、热水,烧杯,停表,

实验八 冰的溶解热的测定
【实验目的】 1.用混合法测定冰的溶解热; 2.应用有物态变化时的热交换定律来计算冰的溶解热; 3.了解一种粗略修正散热的方法。 【实验仪器】 DM ? T 数字温度计, LH ? 1 量热器,物理天平,保温瓶,量筒,玻璃皿,秒表,冰,干抹 布等。 【实验原理】 一定压强下晶体开始溶解时的温度,称为该晶体在此压强下的熔点。单位质量的某种晶体溶解 成为同温度的液体所吸收的热量,叫做该晶体的溶解热。 本实验用混合量热法测定冰的溶解热。它的基本做法是:把待测的系统 A 和一个已知其热容的 系统 B 混合起来,并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统 C , (C ? A ? B) 。这样 A (或 B )所放出的热量,全部为 B (或 A )所吸收。因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热 量 Q ,是可以由其温度的改变 ?T 和热容 C S 计算出来的,即 Q ? C S ?T ,因此,待测系统在实验过 程中所传递的热量也就知道了。由此可见,保持系统为一孤立系统,是混合量热法所要求的基本实 验条件。本实验采用的量热器可以满足这个实验条件。 实验时,量热器放有热水。然后放入冰,冰将溶解,最后混合系统达到热平衡。在此过程中, 原实验系统放热,设为 Q (放),冰吸热溶解成水,继续吸热使系统达到热平衡温度,设吸收的总热量 为 Q(吸),因为是孤立系统,则有

Q (吸) (放) ? Q
可以利用这一关系求出冰的溶解热。

(5-1)

设混合前实验系统的温度为 T1 C ,热水质量为 m1 ,其比热容为 c1 ;内筒的质量为 m2 ,其比热 容为 c 2 ;搅拌器的质量为 m3 ,其比热容为 c3 ;金属的内套的质量为 m4 ,其比热容为 c 4 。冰的质 量为 M , (在实验条件下冰的熔点均为是 0 C ,用 T0 表示) 。设混合后系统达到热平衡的温度为
?

?

T2 ? C 。数字温度计浸入水中的部分放出的热量可忽略不计。冰的溶解热由 L 表示,根据(5-1)式


ML ? Mc1 (T2 ? T0 ) ? (m1c1 ? m2c2 ? m3c3 ? m4c4 )(T1 ? T2 )
211

全国中学生物理竞赛实验参考资料石家庄二中内训讲义

因 T0 ?0 C ,所以冰的溶解热为:

?

L?

1 (m1c1 ? m2c2 ? m3c3 ? m4c4 )(T1 ? T2 ) ? T2c1 M

(5-2)

式中各质量均可测出, c1 、 c 2 、 c3 、 c 4 由实验室查出,实验测得 T2 和 T1 , m1 、 m2 、 m3 由天平 称出。由(5-2)式便可计算出冰的溶解热 L 。 虽然本实验要求实验体系是一个孤立的系统,但完全绝热的要求是无法达到的。为了尽可能使 系统与外界交换的热量达到最小,除了使用量热器以外,在实验的操作过程中也应必须注意。例如 不应当直接用手把握量热器的任何部分;不应当在阳光的直接照射下或空气流动太快的地方进行实 验;冬天要避免接近火炉或暖气做实验等。 除此以外,可选实验系统的初温和终温在室温的两侧,使一部分热交换抵消。尽可能使系统与 外界温差小,并尽量使实验过程进行得很迅速。另外还可以采 用一种根据牛顿冷却定律的粗略方法来修正散热减少误差。从 实验实际情形分析,刚投入冰时,水温高,冰的有效面积大, 熔化快,系统温度下降快,后来,冰块逐渐减小,水温渐低, 熔化变慢,水温下降也慢,熔解全过程中,内筒内水温随时间 变化曲线如图 5-1 所示。 ? 表示实验室环境温度。 系统从 T1 变为 ? 这段时间(从 t1 至 t0 ) ,系统内向外界散 失的热量 q散 为

q散 ? k ? (T ? ? )dt
t1

t0

(5-3)

由于 T

( k 为散热常数) ? ? ,所以 q散 ? 0