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1、 大学物理实验大学物理实验(1)深圳大学物理科学与技术学院深圳大学物理科学与技术学院物理实验教学中心物理实验教学中心实验目的实验目的学习使用冷却法测量金属比热容。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。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。掌握热电偶测量温度的原理与方法。实验原理实验原理单位质量的物质，其温度升高单位质量的物质，其温度升高1K1K（11）所）所需的热量叫做该物质的需的热量叫做该物质的比热容比热容，其值随温，其值随温度而变化。度而变化。 国际单位：国际单位：J/(kgJ/(kgK)K)常用单位：常用单位：cal/(kgcal/(kg)、
2、 J/(kg J/(kg) ) 、cal/(gcal/(g)根据冷却定律，样品因对流而损失的热量根据冷却定律，样品因对流而损失的热量为：为： 热交换热交换系数系数样品外表样品外表面积面积样品样品温度温度环境环境温度温度常数常数强迫对强迫对流为流为1 1，自然，自然对流为对流为1.251.25牛顿冷却定律牛顿冷却定律- -降温方程降温方程: :这是一个 关于时间 的一阶常微分方程。对另外一金属有：对另外一金属有：两式相比，整理有：两式相比，整理有：如果两样品形状尺寸相同，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，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
3、温那么，当周围介质温度不变（即室温 恒定而样品恒定而样品又处于相同温度又处于相同温度 时），上式可以简化为：时），上式可以简化为：如果已知标准样品的比热容如果已知标准样品的比热容c1、质量、质量M1；待测样品的；待测样品的质量质量M2及两样品在温度及两样品在温度时冷却速率之比，就可以求时冷却速率之比，就可以求出待测的金属材料的比热容出待测的金属材料的比热容c2。测量样品（测量样品（FeFe和和AlAl）在）在100100时的比热容。时的比热容。实验内容实验内容FeFeCuAlAl实验仪器实验仪器防护罩防护罩杜瓦杜瓦瓶瓶电烙铁电烙铁样品室样品室热电势热电势时间时间实验步骤实验步骤1.短接数字电压
4、表输入接线柱，调零数字电压表。短接数字电压表输入接线柱，调零数字电压表。2.按实验要求连接好加热仪和热电偶测试仪。按实验要求连接好加热仪和热电偶测试仪。3.将将实实验验样样品品套套在在容容器器内内的的热热电电偶偶上上，盖盖上上有有机机玻玻璃璃盖盖，下下降降实实验验架架，使使电电烙烙铁铁套套在在样样品品上上给给样样品品加加热热。把把样样品品加加热热到到200（数数字字电电压压表表读读数数8.20mV）时时，断断开开加加热热开开关关。移移去去加加热热源源，使样品在样品室自然冷却。使样品在样品室自然冷却。4.记记录录试试验验样样品品温温度度从从102（数数字字电电压压表表读读数数4.37mV） 下下
5、 降降 到到 98（ 数数 字字 电电 压压 表表 读读 数数4.18mV）所需要时间）所需要时间t。5.可可按按铁铁、铜铜、铝铝的的次次序序，分分别别测测量量其其温温度度下下降降速度，每一样品重复测量速度，每一样品重复测量5次。次。实验步骤实验步骤注意事项注意事项取取换换样样品品时时, ,用用镊镊子子拿拿取取, ,注注意意不不要要烫烫到到手手或或电电线线加热器下降时注意样品的位置加热器下降时注意样品的位置测测量量降降温温时时间间时时，按按键键动动作作要要迅迅速速，减减小小人人为为计时误差计时误差数据记录数据记录12345FeCuAl样样品品从从102102（数数字字电电压压表表读读数数4.3
6、7mV4.37mV）下下降降到到9898（数数字字电电压表读数压表读数4.18mV4.18mV）所需要时间）所需要时间t:t:样品次数时间已知样品质量：已知样品质量：M Mcucu=4.830g M=4.830g MFe=Fe=4.028g M4.028g MAlAl=1.500g=1.500g100 100 时铜的比热：时铜的比热：c ccucu=0.094 cal/(g=0.094 cal/(g)数据处理数据处理1.1.对对t t取平均值，取平均值， =4 =4 ，分别计算，分别计算100 100 附近附近FeFe、CuCu、AlAl的降温速率的降温速率2.2.根据式（根据式（12-612
7、-6），计算），计算FeFe、AlAl的比热容。的比热容。思考题思考题1.1.比热容的定义是什么？单位是什么？比热容的定义是什么？单位是什么？2.2.根据式（根据式（12-612-6），测量比热容的条件是什么？），测量比热容的条件是什么？热电偶测温原理：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 详细介绍详细介绍 两两种种不不同同的的导导体体或或半半导导体体A A和和B B组组合合成成如如图图所所示示闭闭合合回回路路，若若导导体体A A和和B B的
8、的连连接接处处温温度度不不同同（设设T TT T0 0），则则在在此此闭闭合合回回路路中中就就有有电电流流产产生生，也也就就是是说说回回路路中中有有电电动动势势存存在在，这这种种现现象象叫叫做做热热电电效效应应。这这种种现现象象早早在在18211821年年首首先先由由西西拜拜克克（SeeSeebackback）发现）发现, ,所以又称西拜克效应。所以又称西拜克效应。热电偶原理图TT0AB热电偶回回路路中中所所产产生生的的电电动动势势，叫叫热热电电势势。热热电电势势由由两两部部分分组组成成，即即温温差差电电势势和和接触电势。接触电势。热端自由端1. 接触电势+ABTeAB(T)-接触电势的大小与
9、温度高低及导体中的电子密度有关。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。AeA(T,To)ToT2. 温差电势 热热电电偶偶回回路路热热电电势势只只与与组组成成热热电电偶偶的的材材料料及及两两端端温温度度有有关关；与与热热电电偶偶的的长长度度、粗粗细细无无关关。 导导体体材材料料确确定定后后，热热电电偶偶热热电电势势的的大大小小是是热热端端温温度和冷端的函数差。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（一般保持使冷端温度保持恒定（一般保持0 ）。）。把把热热电电偶偶的的参参比比端端置置于于冰冰水水混混合合物物容容器器里里，使使T0=0。为为了了避避免免冰冰水水导导电电引引起起两两个个连连接接点点短短路路，必必须须把把连连接接点点分分别别置置于于两两个个玻玻璃璃试试管管里里，浸浸入入同同一一冰冰点点槽槽，使使相相互互绝绝缘。缘。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0ET0T1T1TET0T0T在在热热电电偶偶回回路路中中接接入入电电位位计计E，只只要要保保证证电电位位计计与与连连接接热热电电偶偶处处的的接接点点温温度度相相等等，就就不不会会影影响响回回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示：路中原来的热电势，接入的方式见下图所示：
