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1、冷却法测量金属的比热容,大学物理实验(1),深圳大学物理科学与技术学院 物理实验教学中心,实验目的,学习使用冷却法测量金属比热容。 加深对比热容、冷却定律的理解。 掌握热电偶测量温度的原理与方法。,实验原理,单位质量的物质，其温度升高1K（1）所需的热量叫做该物质的比热容，其值随温度而变化。,国际单位：J/(kgK) 常用单位：cal/(kg)、 J/(kg) 、cal/(g),根据冷却定律，样品因对流而损失的热量为：,热交换系数,样品外表面积,样品温度,环境温度,常数 强迫对流为1，自然对流为1.25,牛顿冷却定律-降温方程:,这是一个 关于时间 的一阶常微分方程。,对另外一金属有：,两式相
2、比，整理有：,如果两样品形状尺寸相同，,两样品表面状况相同，周围环境相同，,那么，当周围介质温度不变（即室温 恒定而样品又处于相同温度 时），上式可以简化为：,如果已知标准样品的比热容c1、质量M1；待测样品的质量M2及两样品在温度时冷却速率之比，就可以求出待测的金属材料的比热容c2。,测量样品（Fe和Al）在100时的比热容。,实验内容,Fe,Cu,Al,实验仪器,实验步骤,短接数字电压表输入接线柱，调零数字电压表。 按实验要求连接好加热仪和热电偶测试仪。 将实验样品套在容器内的热电偶上，盖上有机玻璃盖，下降实验架，使电烙铁套在样品上给样品加热。把样品加热到200（数字电压表读数8.20mV
3、）时，断开加热开关。移去加热源，使样品在样品室自然冷却。,记录试验样品温度从102（数字电压表读数4.37mV）下降到98（数字电压表读数4.18mV）所需要时间t。 可按铁、铜、铝的次序，分别测量其温度下降速度，每一样品重复测量5次。,实验步骤,注意事项,取换样品时,用镊子拿取,注意不要烫到手或电线 加热器下降时注意样品的位置 测量降温时间时，按键动作要迅速，减小人为计时误差,数据记录,样品从102（数字电压表读数4.37mV）下降到98（数字电压表读数4.18mV）所需要时间t:,已知样品质量：Mcu=4.830g MFe=4.028g MAl=1.500g 100 时铜的比热：ccu=0
4、.094 cal/(g),数据处理,对t取平均值， =4 ，分别计算100 附近Fe、Cu、Al的降温速率 根据式（12-6），计算Fe、Al的比热容。,思考题,比热容的定义是什么？单位是什么？ 根据式（12-6），测量比热容的条件是什么？,谢谢！,附录,热电偶测温原理：,热电偶是利用温差电效应制成的测温元件，它是由两种不同的金属焊接而成的回路。当两接点a、b的温度不同时，在闭合回路中会产生电动势，该电动势称为温差电动势 。,热电偶测温原理图,详细介绍,两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设TT0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电
5、动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（Seeback）发现,所以又称西拜克效应。,热电偶,回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。,热端,自由端,1. 接触电势,接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。,2. 温差电势,热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。 导体材料确定后，热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差。,为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定（一般保持0 ）。,把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。,在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示：,
