冰的溶解热实验散热修正探究实验报告 - 图文

基础物理实验研究性报告

冰的溶解热实验散热修正探究

作者 学号

2014年12月17日

目录

测定冰的溶解热实验 ............................................................................................................... 1

——研究性报告 ............................................................................................................... 1 一、摘要 ................................................................................................................................... 1 二、实验原理 ........................................................................................................................... 1

1、基本原理 ..................................................................................................................... 1 2、散热修正 ..................................................................................................................... 3 三、实验仪器 ........................................................................................................................... 5 四、主要步骤 ........................................................................................................................... 6 五、数据记录与处理 ............................................................................................................... 7

1、实验数据 ..................................................................................................................... 7 2、数据处理 ..................................................................................................................... 8 六、误差及散热修正讨论 ..................................................................................................... 10

1、误差分析 ................................................................................................................... 10 2、关于散热修正方法的讨论 ....................................................................................... 11

（1）根据牛顿冷却定律粗略修正散热及存在问题 ........................................... 11 （2）考虑量热器散热因素作温度修正的必要性 ............................................... 12

七、经验教训与感想 ............................................................................................................. 14 八、参考文献 ......................................................................................................................... 15

测定冰的溶解热实验 ——研究性报告

一、摘要

单位质量的晶体物质在熔点时从固态全部变成液态所需的热量，叫做该晶体物质的溶解潜热，亦称溶解热。本实验用混合量热法来测定冰的溶解热，保持系统为孤立系统是其所要求的基本实验条件。由于系统不能完全达到绝热的要求，所以需要对实验结果进行修正。本实验采取根据牛顿冷却定律粗略修正散热的方法，并讨论其存在的问题和考虑量热器散热因素作温度修正的必要性以及对这个实验的经验教训与感想。

二、实验原理

1、基本原理

本实验用混合量热法测定冰的熔解热。其基本做法如下：把待测系统A和一个已知热容的系统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，是可由其温度的改变△T和热容Cs计算出来，即Q = Cs△T，因此待测系统在实验过程中

1

所传递的热量也就知道了。

若有质量为M、温度为T1的冰（在实验室环境下其比热容为c1，熔点为T0）。与质量为m、温度为T2的水（比热容为c0）混合，冰全部熔解后系统的平衡温度为T3，设量热器内筒和搅拌器的质量分别为m1、m2（比热容分别为c1 、c2），温度计的热容为Δm。如果实验系统为孤立系统，则热平衡方程式为：

cIM(T0-T1)+ML+c0M(T3-T0)=(c0m+c1m1+c2m2+Δm)(T2-T3) 式中，L为冰的溶解热。

在本实验条件下，冰的熔点可认为是0℃，即T0=0℃，所以冰的溶解热为：

L=

1M(c0m+c1m1+c2m2+Δm)(T2-T3)-c0T3+cIT1

综上所述，保持实验系统为孤立系统是混合量热法所要求的基本实验条件。

为此整个实验在量热器内进行，但由于实验系统不可能与环境温度始终一致，因此不满足绝热条件，可能会吸收或散失能量。所以当实验过程中系统与外界的热量交换不能忽略时，就必须作一定的散热修正。

图1 冰的熔解热实验T-t曲线

2

2、散热修正

前已指出，必须在系统与外界绝热的条件下进行实验。为了满足此条件，我们应该从实验装置、测量方法和实验操作等方面尽量减少热交换。但是，由于实际上往往很难做到与外界完全没有热交换，因此，必须研究如何减少热量交换对实验结果的影响。

设图1所示的温度-时间曲线是在进行冰的熔解热实验过程中绘制的，T1'为水的初温，它较环境温度T0高，因此，在投入冰块之前，由于向外界散热，水温也随时间而缓慢降低，如AB段所示。与B点相应的温度为T1，它就是投入冰块时的温度。在刚投入冰块时，水温高，冰的有效面积大，熔解快，因此系统温度T降低较快，如BC段所示；随着冰的不断熔化，冰块逐渐变小，水温逐渐降低，冰熔解就慢了，水温的降低就变缓慢了，如CD段所示。D点的温度为T2，它是冰块和水混合后的最低平衡温度。此后，由于系统从外界吸热，水温缓慢升高，如DE段所示。

由牛顿冷却定律可知，系统温度Ts 如果略高于环境温度?（如两者的温度差不超过10℃-15℃），系统热量的散热速率与温度差成正比，用数学形式表示为：

?q?K(Ts-?) ?t式中?q是系统散失的热量，?t是时间间隔；K为散热常数，与系统表面积成正比，并随表面的吸收或发射辐射热的本领而变；Ts、? 3

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