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1、本本科科毕毕业业论论文文题题 目目： 冰的熔解热实验参量选择冰的熔解热实验参量选择对实验结果影响的讨论对实验结果影响的讨论 摘要根据热平衡原理用混合法测定物体间的热交换，是量热学中一种常用的方法，所使用的基本仪器是量热器，本实验用此法测定冰的比熔解热。由于实验过程中量热器不可避免地要与外界进行热交换，本实验还要求学会能将这种热交换因素分离出去的“面积补偿法” ，以减小实验的误差。 关键词：热平衡；比溶解热；面积补偿；误差AbstractHybrid method based on the principle of thermal equilibrium determination of the
2、 heat exchange between the objects is a common method of calorimetry, the basic instrument used in the calorimeter, the experimental method has been applied to determination of the ice melting heat. Calorimeter experiment will inevitably have to heat exchange with the outside world, the experiment a
3、lso asked to learn to turn this heat exchange factors separate area of compensation law to reduce the experimental errorKey words: thermal equilibrium；than the heat of solution；the area of compensation；the error目录引言.41 实验装置.52 实验原理.53 实验条件.73.1 冰的制备.7 3.2 考虑初始条件.7 3.3-t 曲线的测定.8 3.4 计算.84 数据记录及处理.84.
4、1 记录数据.8 4.2 数据计算.9 4.3 误差分析.9结论.101关于水的初温的选取 .102T2关于水的质量的选取 .11 3关于冰的质量的选取 .114关于、m、M 选取的最佳范围 .112T参考文献.13致谢.14引言引言单位质量的固定物质在熔点时从固态全部变成液态所需要的热量，称为该物质的比熔解热，本实验由水温的变化来求冰的比熔解热。量热器不可能完全绝热，所以在混合过程中总有热交换，若放冰前后的水温均高于室温，则必向外散热；若均低于室温，则必从外界吸热。由此可知，用混合法测冰的比熔解热时，应尽量让室温处在水的初、终温之间，使系统向外界吸、放的热量基本上相互抵偿，我们采用面积补偿法
5、，使实验数据更精确。1 1 实验装置实验装置本实验使用的主要装置是冰的熔解热实验仪、量热器，它是一种通过测量物体间传递的热量来得出物质的比热容、潜热或化学反应热的仪器，量热器的结构如图 1 所示。将一个金属筒放入另一有盖的大筒中，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，夹层充满不易传热的特质（一般为空气） ，这样就构成量热器，量热器外筒用绝热盖盖住，使内筒上部的空气不与外界发生对流。一般，常将内筒与外筒内壁镀亮，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，因而我们就可以通过测定量热器内筒中待测物体的温度，来计算待测物的比热容或潜热等1。2 2 实验原理
6、实验原理单位质量的固定物质在熔点时从固态全部变成液态所需要的热量，称为该物质的比熔解热，记入 。本实验把一定量的冰放在一定量的水中，由水温的变化来求冰的比熔解热。将质量为的 0的冰放入量热器中的质量为、温度为的水中，冰m水m1此时水逐渐降温，而冰逐渐熔化并升温直至与水温相同。设此时的水温为，2那么这些冰由熔化并升温到。时所吸收的总热量为+（其中 c2冰m冰mc2为水的比热容） 。若量热器内筒与搅拌器的材料相同，总质量为，比热容为总m温度传感器搅拌器量热器温度表计时表计时启动暂停计时复位图 1，则在实验中，量热器内筒、搅拌器和水所放出的热量为（c+） （1c水m总m1c-） 。假设在混合过程中量
7、热器与周围空间无热量交换，则有：12 （） （）= +1cmcm总水21冰m冰mc2即 （2-2211)(cmcmcm冰总水1）实际上，量热器不可能完全绝热，所以在混合过程中总有热交换，若放冰前后的水温均高于室温，则必向外散热；若均低于室温，则必从外界吸热。散热与吸热的热量可从温度与时间的关系图即图上得出。t实验证明：当一个系统的温度与其周围温度的差别不大时，单位时间r内该系统与周围交换的热量近似与温差成正比，即tQ =E（-）或 （2-tQ rtEQr)(2）式中 E 为常数，它与系统（量热器）的表面积、表面情况和周围流体性质、流动情况等因素有关。图 2 中的 ab 段是此量热器由于不断散热
8、，其温度随时间下降的曲线（在较短时间内，近似是一直线） 。如对时间 t 轴作垂线 at1、bt2，并在从 t1到 t2的区间内，对式（2）等号两边进行累加，即tEQr)(可得（2-SEQ3）式中 Q 为这段时间内总的散热量，S 为图上 bat1t2所围成的面积（注t意纵轴的原点值为。由式（2-3）可知，S 与 Q 成正比。反之，图中的 cd 段t是量热器由于升温而从外界吸热的曲线。同理，在从 t3到 t4的时间间隔内吸收的热量正比于 dct3t4所围成的面积 S 。由此可知，用混合法测冰的比熔解热时，应尽量让室温处在水的初、终温之间，使系统向外界吸、放的热量基本上相互抵偿，如图 3 所示，但实
9、际上这种方法很难做到恰巧完全相互抵偿，例如 I 的面积可能小于或大于 II 的面积，根据式（2-3）可知，这相当于在整个过程中仍有吸热或放热。下面介绍用面积补偿法来对图线进行处理，以期得到更正确一些的结果。在图 3 中 t1到 t3这一段时间内，实际上有两个过程在同时进行；由于系统与环境温度不同而导致的吸热或放热。一个过程是由于冰投入后的吸热咬应而导致水温下降；另一个过程是由于向空气散热导致水温下降，现在的问题是如何将前一个因素与后者分离开来，即在考虑有热量交换的情况下，求出单纯由于冰投入而使水温改变的实际数值。如图 4 所示，在冰块投入前，每隔一定时间观测一次水温，得到一系列数据，即 AB
10、线；然后在相应于 B 点的时刻投入冰块，继续观测水温迅速下降过程（在冰的熔化过程中，必须充分地搅拌）得到 BC 段曲线，在冰熔化后仍录由于吸热而水温继续升高的过程。即得到 CD 线。延长 AB 到 E，BC 曲线与线交于 H，然r后作 EFG 线（平行于 轴） ，使 BEF 面积等于 FGH 面积，这样在 BEFGH 与 BFH 这两条图线各自相应的过程中（所散失的热量必然相等） 。同样，延长 DC 到 L，然后作 JKL 线（平行于 轴） ，使 HJK 面积等于 KLC 面积，这样在在 HJKLC 与 HKC 这两条图线各自相应的过程中从外界吸收的热量必然相等。因此，可将原来的 BFHKC
11、过程等效为 BE、EG、GJ、J；和LC 五段过程，其中 BE和 LC 分别表示在整个过程中由于向周围散热而降温和由于从外界吸热而升温的情况（因它们是 AB、DC 的延长线） 。因此，系统由于投入冰而引起的温降过程，可等效为由冰在瞬间全部溶化为水的过程，即只须分别令、为式（2-1）中的、就可求得冰的比熔解热 。EL12a bcdsst1t2t3t4 trt图 2初温终温III rtt1t2t3图 3GJ rt 图 4KCDLA BEF3 3 实验实验条件条件3.13.1 冰的制备冰的制备将装有纯水的盒子放在冰箱的冷冻室里，约经 2 小时就能结成冰块，将此盛冰盒置 0的环境（如冰水混合物）中，过
12、一段时间后再取用，以自来水冲洗盒子外壳，使冰块滑出；在投入量热器之前用干纱布揩干其表面的水，然后立即投入量热器的水中进行实验。3.23.2 考虑考虑初始条件初始条件我们可以用下法粗略地确定水的初始温度：使水的初温比室温高，而当投入冰并且全部熔解后，水的终温应比室温低，要求初温、终温各自与室温的绝对差值大至相等。实验时，尚需注意水的终温不能低于当时的露点，否则周围的水汽将会凝结在量热器内筒的外壁上，并向待测系统 4 释放热量。因此，实验前应测定露点（通常空气中总是含有水蒸气，若气温下降到某一数值时水d蒸气达到饱和，此时所对应的气温即称为露点。利用干温泡温度计可查出露d点值。 ） ，选择水的初温；
13、由盛冰盒的体积可约略估计冰的质量，再由式（1）算出该盛多少质量的水。已知水在常温下的比热容为 c=4.18103J/(kgK)，金属的比热容可查表2。3.3-t3.3-t 曲线的测定曲线的测定按上述估算，在量热器内筒加入适量的水，并将水温加热至估计的初温值。用物理天平分别秤出加水前后的量热器的质量。准备好冰块，按下秒表，开始记录水温与时间的关系,5-6min 后，把准备好的冰块揩干投入水中，继续t读数，直到温度上升 56min 为止，测出加冰后量热器的质量。注意：在实t验过程中，应用搅拦器不停地搅拦，使整体温度均匀。3.43.4 计算计算画出纯冰投入前、熔解过程中和熔解完毕后的水温 随时间 t 变化曲线（即曲线） ，在图上进行计算，将与外界热交换因素分离出去，以得到正确t的和值，水的质量、冰
