实验 4－15 液氮比汽化热的测量液化氮气（简称液氮）的沸点约为－196℃（ 77K） ，它是现代实验室中获得低温的最常用的一种制冷剂 本实验测量在1 个大气压下液氮处于沸点温度时的比汽化热物质的比汽化热是该物质汽化时所需吸热大小的量度它是物质的主要热学特性之一因液氮汽化较快，实验时应采用动态法称衡，并须校正由于与外界热交换引起的误差等本实验要求掌握电子天平、量热器等使用方法，并学习安全使用液氮的方法实验原理物质由液态向气态转化的过程称为汽化在一定压强下（如1 个大气压）、保持温度不变时，单位质量的液体转化为气体所需吸收的热量，称为该物质的比汽化热L，即 mQL＝当然，它也等于单位质量的该气态物质转化为同温度液体时所放出的热量 比汽化热值与汽化时温度有关，如温度升高，则比汽化热减小水在100℃时的比汽化热为 129×103J/Kg，而在 5℃时为 136×103J/Kg这是因为随着温度升高，液相与汽相之间 的差别逐渐减小的缘故 在盛有一定质量液氮的保温杯瓶塞上开个小孔，则瓶内 液氮将由于吸收周围大气中的热量而不断汽化为氮气可以 用天平称出单位时间内汽化的液氮量接着，将已知质量、 而温度为室温1的小铜柱从孔中放入液氮中。
由于 1 个大气 压下液氮的沸点很低（为77.4Κ） ，因此，铜柱立即向液氮 放热， 从而使液氮汽化过程大大加快直至铜柱温度和液氮 温度相等时， 它们之间的热交换才停止用天平称出盛有液 氮的保温杯及铜柱的总质量M，则 M 随时间 t 的变化情况如图 1 所示图中ab 段为液氮吸收空气中的热量，部分汽 化而质量M 减小的过程； bc 段为液氮除吸收空气中的热量外，还由于室温铜柱浸没入而引起剧烈汽化，M 迅速减小的 过程； cd 段表示铜柱不再放热，液氮继续吸收空气中热量 而 M 继续减小的过程；垂直线fg 则表示在bc 段中仅考虑铜柱释放热量而汽化的液氮质量mN，即 mN=mf－mg 铜柱在上述过程中所释放的热量可用混合法来测量将浸没在液氮中并与液氮同温度的铜柱取出，迅速放入一盛水的量热器中若水和量热器的初温为2，而铜柱与水混合后，两 者温度开始达到相同的值为3，则铜柱从液氮的温度升高到3时吸收的热量为321tccaawwhcmcmcmQ（1）式中 mw、cw分别为水的质量与比热容；ma、ca分别为量热器的内筒质量与比热容；mc、cc分别为搅拌器的质量与比热容；ht为温度计浸入水中的那部分的热容量。
3一般小于室温1，所以如使铜柱温度再从3上升到1则尚需吸收热量Q2：312bbcmQ（2）式中 cb为铜的比热容，它的数值随温度而改变，由于温差31－的数值较小， cb可近似视为恒值，而mb为铜柱的质量 铜柱由温度1降至液氮温度时释放的热量Q， 应该等于它从液氮温度回升到1时所吸收 的热量：21Q即3132bbtccaawwNcmhcmcmcmLm所以，液氮的比汽化热为：31321 bbtccaaww NcmhcmcmcmmL（3）图 1 总质量 M 随时间变化关系玻璃水银温度计浸没入水中的那部分的热容量ht可由下述方法确定玻璃水银温度计 由玻璃和水银组成在常温下，玻璃的比热容c玻=790J/(kg·℃ )，玻璃的密度玻=2.5×103kg/m3；水银的比热容c汞=138J/(kg·℃ )，水银的密度汞=13.6×103kg/m3因此， 1cm3玻璃的热容量为1.97J/(℃· cm3)；而 1cm3水银的热容量为1.88J/(℃· cm3)由此可见，同 体积的玻璃与水银，热容量大致相当，所以可取平均值1.92J/(℃· cm3)来进行计算于是，玻璃水银温度计浸没部分的热容量为ht=1.92VJ/℃ 式中 V 为水银温度计浸没部分的体积，单位为cm3。
实验装置 实验装置如图2 所示它由电子天平、保温杯及软木塞、铜样 品、量热器（关于量热器请阅实验4－ 13） 、温度计等组成1.保温杯2.软木塞3.液氮4.细棉线5.铜样品图 2 用天平称衡保温杯。