牛顿冷却法测量金属比热容

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1、牛顿冷却法测量金属比热容【摘要】本文对冷却法测量金属比热容实验的原理和仪器做了简要介绍，定量研究了 实验室温和不同测温范围对实验结果的影响，并着重对该实验误差的主要来源进 行了探讨。【关键词】比热容；牛顿冷却定律；测温范围；误差1.实验简介1.1实验装置简介本实验装置如图1所示，实验时假设整个实验过程环境的温度恒定，系统在 温度恒定的环境中冷却，测温系统由铜一康铜热电偶和三位半数字电压表组成, 热电偶冷端置于冰水混合物中，热端置于样品室底座上，并插入被测样品内的小 孔中与待测样品直接充分接触。在较小的温差范围内，热电偶的电势近似为E = c（ T - TO），式中T为热端（样品）的温度，TO为

2、冷端（冰水混合物）温度， c为温差系数，实验时由数字电压表显示的毫伏数即可换算成对应待测温度值。12实验原理单位质量的物质，其温度升高1K （或1C）所需的热量称为该物质的比热容,其值随温度而变化。将质量为M的金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如1室温的空气）中，样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失（ Q/A t）与温 度下降的速率成正比，于是得到下述关系式：竺二cMAtAt(1)（1）式中c为该金属样品在温度e时的比热容，为金属样品在e的温 iiAt1度下降速率，根据冷却定律有：AQ =a S （0 -6 ）m （2）At iii 0（2）式中la为热交换系数，S为该样品外表面的面积，

3、m为常数，0为金1 1属样品的温度，0为周围介质的温度。由式（1）和（2）,可得0A0cM - 1 = a S （0 -0 ）m （3）同理，对质量为M ,21 1 At 1 1 1 o比热容为C的另一种金属样品，可有同样的表达式:2由式（3）和（4）,A0c M 12 2 At 可得：“ A0c M 22 2 At“ A0c M 11 1 Ata S (0 -0 )m(4)2 2 1 0a S (0 -0 )m2 2 2 Mc = c21M2假设两样品的形状尺寸都相同面状况也相同（如涂层、色泽等）, 有a =a1 2而周围介质（空气）。于是当周围介质温度不变（即室温0恒定）,（例如细小的圆柱

4、体）,即s=s ；两样品的表1 2的性质当然也不变，则两样品又处于相同温度0 =0 =0 时,1 2上式可以简化为:所以A01 方 a S (0 -0 )m222O222OA0 a S (0 -0 )m,21110AtM ( Aa0 入 c = c 1 A 1 (5) 2 1 M (孚)2 At 2如果已知标准金属样品的比热容C质量M；待测样品的质量M及两样品在温1、1 2度0时冷却速率之比，就可以求出待测的金属材料的比热容C。几种金属材料的2比热容见表1：温度。C 比热容C (cal/gC)FeC (cal/gC) AlC (cal/gC)Cu100C0.1100.2300.09402数据记录与处理见excel表格