如何用混合法测量铜块的比热容

一、实验目的比热容是描述物体热学性质的一个重要物理量.根据热平衡原理用混合法测定金属比热容是量热学中的方法之一.本实验用此法测定金属样品的比热容,实验在量热器内进行.要求学生掌握量热器、温度计、普通天平的正确使用方法；掌握用混合法测定金属的比热容；并学习根据误差分析合理选择参量进行实验.二、实验原理单位质量的物质,其温度升高1K(或1)所需的热量叫做该物质的比热容.把具有一定温度和质量的待测系统与已知温度、质量、比热容的已知系统混合,如果整个系统和外界没有热交换,则热量将由高温系统传向低温系统,高温系统放出的热量全部被低温系统所吸收,最后两系统达到平衡状态.此即热平衡原理.将比热容为C质量为温度为的待测金属样品投入温度为的盛有水的量热器中,设量热器内筒（包括搅拌器）的质量为,比热容为,水的质量为,比热容为,温度计浸入水中部分的体积为（以为单位）,以表示待测金属样品与量热系统热平衡后的温度.由热平衡原理可知：(1)式中左方是待测样品传递给量热系统的热量表达式,右方是量热系统所得之热量表达式.因此:(2)常温情况下,铜的比热容；水的比热容； 为温度计浸入水中部分的热容.三、仪器用具量热器、温度计（0-50和0-100各一支）、普通天平一台、待测金属粒若干、蒸汽锅、酒精灯、水、冰块.量热器简介：量热器是通过测定物体间传递的热量来求出物质的比热,潜热及化学反应热的仪器.是为了尽量减少实验系统与环境之间的传导,对流和辐射这三种方式而设计的.其结构如图1-9-1所示,主要是由两个金属筒（良导体）组成.将内筒放在有盖的大筒中,并插入带有绝缘柄的搅拌器和温度计,内筒放置在绝热架上,两筒互不接触,夹层中间充满不传热的物质（一般为空气）,这样就构成量热器.量热器外筒用绝热盖盖住,使内桶上部的空气不与外界发生对流.一般,常将内筒外壁与和外筒外壁镀亮,以减少热辐射影响,这样内筒与外筒及环境之间不易进行热交换,因而我们可以通过测定量热器内筒中待测物体和已知热容量诸物体之间交换的热量来计算待测物的比热和潜热等.图1 量热器示意图量热器只能使实验系统粗略的接近一个孤立系统.为了尽量减少系统与外界热交换,实验操作时也要注意绝热问题.如尽量少用手触摸量热器的任何部分；应在远离热源（或空气流通太快）的地方做量热实验；应使系统与外界温度差尽可能小；应尽量迅速的完成实验等等.尽管如此,在不同的热学实验中,根据不同的情况还应进行散热或吸热修正.四、注意事项1、（1）式成立的条件是系统与外界绝热,实验中这是不可能的,除非系统与环境温度时时刻刻完全相同,否则就不可能完全达到绝热的要求.为了尽可能使系统与外界交换的热量达到最小,以减小这种误差,除了使用量热器以外,在实 验操作过程中必须注意以下几点：（1）尽可能使系统与外界温差小.（2）尽量使实验过程进行的迅速.（3）量热器要远离蒸汽锅炉.（4）量热器不要放在日光下和空气流动快的地方.（5）混合、搅拌时要避免水溅出2、待测金属样品质量温度,水的质量初温如何选择?应以实验误差最小,操作方便为原则.一般情况温度计浸入水中部分热容,在（2）式中略去1.94V,根据不确定度的合成,有：(3)略去其中小量可得：(4)由此可见,本实验被测量的不确定度主要来自温度测量.加大温差可以减小相对不确定度.因此,选择各参量时须注意加大温差的几条途径是：（1）增加待测金属样品的质量.（2）提高待测金属样品的温度.（3）减少水的质量.同时需注意：（4）水不能太少以致不能浸没金属（5）高温的金属投入过程中损失较大,因此投入时速度要快,否则热量损失过大会带来较大的系统误差.（6）(4)式是在系统和外界没有热量交换的前提下,评定测量结果不确定度的近似表达式.实际测量过程很难满足系统和外界没有热量交换的条件.因此,评定测量结果不确定度还应考虑到系统和外界热量交换导致的测量结果不确定度分量.五、实验内容1．自行设计数据记录表格.2．自行拟定主要实验步骤.3．合理选择实验参量测定金属比热容.4．对结果进行具体的误差分析,讨论各次数据的离散程度和原因.5.把结果表示成的形式.六、思考题1．用混合法能否测定不良热导体的比热?为什么?2．分析实验过程中还有哪些因素会影响测量结果?操作过程中如何尽量减少其影响?参考文献1、陆廷济等．物理实验教程．上海：同济大学出版社,20002、赵鲁卿,王玉文.普通物理实验.西安：西北大学出版社,19933、丁慎训,张连芳.物理实验教程.北京：清华大学出版社,2002 http://202.207.213.2/physic/dzkjjqtwj01/dxwldzjan/1_9.htm