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1、1电热法测定液体比热容及散热修正实验论文08 物理 2 班 姓名：顾怀斌 学号：200802050220 指导老师：蒙清摘要：本实验是电热法测定水的比热容及学习用牛顿冷却定律进行散热修正从而减少系统误差。在此实验中消除系统误差无外乎两种，完善实验手段，改进仪器的装置和结构，尽量减少与外界交换热量，使用牛顿散热公式对实验结果进行修正。不同电压下测量水的比热容进行实验结果比较，分析说明。 关键词：电热法、温度、比热容、散热修正。Abstract: This experiment is the electrothermics determination water carries on the ra
2、diation compared to the heat capacity and the study with the Newton law of cooling to revise, thus reduces the system error. Eliminates the system error nothing else but two kinds in this experiment,Consummates the experiment method, improves instruments installment and the structure, reduces and th
3、e outside exchange quantity of heat as far as possible,Uses Newton to radiate the formula to carry on the revision for the experimental result. Under the different voltage surveys the water the ratio heat capacity to carry on the experimental result comparison, the analysis explained.Key word: Elect
4、rothermics, temperature, ratio heat capacity, Radiation revision.引言：比热容是指单位质量的某种物质温度升高 1所需的热量，其单位是J/(Kg K)水的比热容较大，大部分金属的比热容约为水的 ，非金属中岩石类 10的比热容约为水的 ，木材的比热容约为水的 ，液体的比热容一般比水的低，1512气体的比热容因种类而异有较大的差别，空气的比热容约为水的 。测定水的4比热容是测定其它物质比热容得基础，本实验采用直接测量比热容的热方法，2即电阻丝和待测物质直接接触。输入的热量由电阻丝的电流供给，并由输入的电能测得，这种方法能使被传递热量的测
5、量达到最高准确度，比热容的测定属于热技术和热物性测定范畴的热实验。由于热现象的普遍性和热应用的重要性，从 18 世纪中期蒸汽体的发明到现在新能源、新材料的开发和研制，生命科学、生物工程、航天技术等许多领域中热实验都占有很重要的地位。很多新材料并非在手册中能查到，需要自己动手测量。因此这类实验对于培养和提高学生参考加工程实验和从事科学研究的能力具有重要作用。实验仪器：量热器，温度计，加热电阻丝，稳压电源，电压表，电流表，电子秤，秒表，游标卡尺。实验装置：1. 把加热电阻丝和量热器连起来作为一个系统，量热器包括（内外筒，绝热垫，绝热盖，温度计，搅拌器）2. 把电压表电流表分别串并联在接线柱上，然后
6、和电源接通。装置图如下实验原理:1）电热法测定水的比热容本实验是用加热电阻丝，给系统加热使系统温度由 升高到 假设系统与外界0Tf没有热交换。则电流做的功前转换为系统的热能。这样下式必然成立(1 )00()(fIUtmcC3式中 分别是电流强度，电压及加热时间 是水的质量和比热容 是除水.IUt .mc0C之外系统其他部分的比热容。将（1）式改写为； 00/()fItTmcC(2 )fc（3）0kdTCc（3）式中 为量热器内筒及搅拌器的质量和比热容， 为加热电阻丝和.km.dmc接线柱的质量和比热容， 为温度计的热熔。由于温度计式由玻璃和水银制成TC的。在室温（20）下玻璃的比热容为 795
7、J/(Kg.K)密度约为 2500Kg/ 水银3的比热容为 138 J/(Kg.K)密度为 13546 Kg/ （由于我们实验室室温与 20相3m差不大，计算式可用 20时的计算）因此 1 玻璃的比热容等于795 2500=1.98 J/K, 1 水银的热熔等于 138 13546=1.87 J/K,1 ,故通603m6103m常计算水银温度计的热熔 只需求的侵入液体部分的体积的平均热熔即TC=1.93 这样（2 ）式可变为TCKVJ/16（4）0/()()fkdTUItmcc2）牛顿冷却定律及散热修正实际上在用电流加热使系统升温的过程中系统不可能避免它会同外界环境进行热交换，也就是说系统获得
8、的热量有一部分散失掉致使系统的实际温度低于理想的终温而引入系统误差。如果实验中量热筒内外温差以及量热筒的始末温差不过大（也不过小。以致降低测量准确度）则在这种情况下系统散热服从牛顿冷却定律，可用牛顿冷却定律进行散热修正。（5）()SdTktC式中 k 为散热系数，它取决于系统表面状况及其环境的关系，在保持环境温度4不变且 的情况下，对某一定质量的系统来说 k 为常数，式（5）变5T换得 ()tSdTkC即 （6）()tS两边积分得； （b 为常数）ln()SkTtC可见 图应为一条直线，其斜率为 K 利用直线就可对曲线逐点进行散t)l(热修正将（5）式改写为（ 1 、2、 3.）()iiSkT
9、tCi式中 为第 个时间间隔 内因散热而降低的温度 为时间间隔 内量热器i t iTt的平均温度，可按 来计算，可证明第 点温度修正值为；21iiiT（8）()iiiSktC因此修正后的第 点的温度为； *iiT测量数据表A 表一筒和搅拌器的质量内 km加热电阻丝系统质量 dm水的质量 环境温度 内筒和搅拌器的比热容 kc加热电阻丝系统的比热容 dc130.2g 20.4g 208.0g 28.58 902.88 KgJ/392.92 KgJ/5A 表二电压 U电流 I温度计的直径 温度计的侵入水中的深度侵入水的体积13.0 V 0.90 A 0.672 cm 2.832 cm 1 3cmA
10、表三 （通电时）t(min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9T 29.32 30.20 31.02 31.80 32.60 33.30 33.90 34.45 35.03 35.52A 表四 (断电后)t(min) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19T 35.40 35.30 35.20 35.10 35.00 34.90 34.80 34.71 34.60 34.4820 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3034.39 34.28 34.18 34.07 33.98 33.88 33.78 33.69 33.60 33.50 33.403
11、1 32 33 34 35 36 37 38 39 4033.30 33.20 33.11 33.01 32.92 32.84 32.75 32.65 32.53 32.46实验数据处理由牛顿冷却散热定律要先求出散热时的倾斜率。即要求出 与时间的关系可得)ln(T下表t(min) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19)ln(T1.920 1.905 1.890 1.875 1.860 1.844 1.828 1.813 1.795 1.77520 21 22 23 24 25 26 27 28 29 301.760 1.741 1.723 1.703 1.686 1.66
12、8 1.649 1.631 1.613 1.593 1.573631 32 33 34 35 36 37 38 39 401.552 1.530 1.511 1.488 1.468 1.449 1.428 1.404 1.374 1.356由表可以得下图图 A根据上表和图 A 可以求出斜率 K可得出斜率 21)ln()l()ln(tTtTK08.25186.79.对曲线逐点进行散热修正可得t(min) iT21iiiTtTCkiSi )(iiTiiT*0 29.321 30.20 29.76 0.021 0.021 29.782 31.02 30.61 0.037 0.058 30.673 3
13、1.80 31.41 0.051 0.109 31.524 32.60 32.20 0.065 0.174 32.375 33.30 32.95 0.079 0.252 33.206 33.90 33.60 0.090 0.342 33.947 34.45 34.18 0.101 0.443 34.6178 35.03 34.74 0.111 0.554 35.299 35.52 35.28 0.121 0.675 35.96经过散热修正后的系统温度为=35.96 fT从而可得水的比热容由（4）式可得 0/()()fkdTUItmcCc= 208. )193.204.913(.96.35/9.
14、13 =40.58 20KgJ/参考值为 =41.73 c21J/不同电流强度下的测量B 表一筒和搅拌器的质量内 km加热电阻丝系统质量 dm水的质量 环境温度 内筒和搅拌器的比热容 kc加热电阻丝系统的比热容 dc130.2g 20.4g 208.0g 28.58 902.88 KgJ/392.92 KgJ/B 表二电压 U电流 I温度计的直径 温度计的侵入水中的深度侵入水的体积11.5V 0.80A 0.672 cm 3.020cm 1.07 3cmB 表三 （通电时）T(min) 0 1 2 3 4 5T 29.30 29.82 30.45 31.02 31.65 32.2086 7 8
15、 9 10 11 1232.70 33.34 33.78 34.23 34.70 35.12 35.50B 表四 （断电后）t(min) 13 14 15 16 17 18 19 20 21T 35.40 35.30 35.18 35.10 34.97 34.90 34.80 34.72 34.5822 23 24 25 26 27 28 29 30 3134.50 34.40 34.28 34.20 34.10 34.00 33.87 33.80 33.67 33.5832 33 34 35 36 37 38 3933.50 33.40 33.30 33.22 33.13 33.00 32.91 32.80对实验数据处理t(min) 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22)ln(T2.001 1.988 1.971 1.960 1.942 1.932 1.917 1.905 1.884 1.87223 24 25 26 27 28 29 30 31 32 331.856 1.837 1.825 1.808 1.792 1.770 1.758 1.735 1.719 1.705 1.68634 35 36 37 38 391.668 1.652 1.635 1.609 1.591 1.569由表可得下图，图 B9图 B可得出斜率 21)ln()l()l
