固体比热容的测量

实验五 固体比热容的测量（电热法）金属是重要的固态物质，本文对固体物质比热容的测量重点介绍了金属比热容的测量，金属比热容是金属物质的重要特性,本文重点介绍电热法测量固体比热容。

【实验目的】1、掌握基本的量热方法——用量热器测热量法。

2、学习用电热法测固体的比热容。

【实验仪器】热学综合实验平台、量热器、待测钢球、测温探头【实验原理】固体比热容指单位质量的热容量，也是特定粒子电子、原子、分子等结构及其运动特性的宏观表现。

测量固体物质比热容对于了解固体物质性质，物质内部结构等都具有重要的意义，常用于测量固体物质比热容的方法有动态法、混合法、冷却法等。

金属是重要的固态物质，本书对固体物质比热容的测量重点介绍了金属比热容的测量，金属比热容是金属物质的重要特性,本实验重点介绍电热法测量固体比热容。

在量热器中加入质量为m 的待测物，并加入质量为0m 的水，如果加在加热器两端的电压为U ，通过电阻的电流为I ，通电时间为t ，则电流作功为：UIt A = （5-1）如果这些功全部转化为热能，使量热器系统的温度从1T ℃升高至2T ℃，则下式成立()()1201100T T c c m c m mc UIt -+++=ω （5-2）c 为待测物的比热容，0c 为水的比热热容，1m 为量热器内筒的质量，1c 为量热器内筒的比热容， 2m 为铜电极和铜搅拌器总质量，2c 为铜比热容。

由（5-2）式得()[]m c c m c m T T UIt c //0110012ω----= （5-3）为了尽可能使系统与外界交换的热量达到最小，在实验的操作过程中就应注意以下几点：1、不应当直接用手去把握量热筒的任何部分，不应当在阳光直接照射下进行实验。

比热容是如何测量的？比热容是热学中一个重要的物理量，它用来描述物体在吸热或放热过程中的热量变化情况。

本文将介绍比热容的定义以及几种常用的测量方法。

一、比热容的定义比热容是指单位质量物质在单位温度变化下吸收或释放的热量。

它的计量单位是焦耳每千克每开尔文（J/kg·K）。

比热容可以用来表征物质的热惯性，即物体吸收或放出热量所需的温度变化。

二、恒压热容法恒压热容法是一种常用的测量比热容的方法。

在恒定的压力条件下，通过测量物质在不同温度下的热量变化，可以计算出比热容。

具体的实验步骤如下：1. 将待测物质置于一个恒温容器中，比如热水浴或恒温槽。

2. 在容器中加入一定量的热量，使物质温度升高。

3. 同时记录物质温度与所输入的热量变化值。

4. 通过计算物质的比热容，可以得出比热容的数值。

恒压热容法适用于固体、液体和气体等不同状态的物质，具有广泛的应用。

三、差热法差热法也是一种常用的测量比热容的方法。

它通过测量物质与热源之间的温度差异，计算比热容。

实验步骤如下：1. 将物质与热源接触，在一段时间内加热或冷却物质。

2. 同时记录物质温度的变化以及与热源接触的时间。

3. 利用热流量和温度差的关系，计算出物质的比热容。

差热法对于固体和液体热容的测量更为常见，它的优点是不需要特殊的设备，适用于简单实验。

四、绝热量热容法绝热量热容法是一种精确测量比热容的方法。

它通过控制物体与外界的热量交换，在绝热条件下测量比热容。

实验步骤如下：1. 将待测物质置于一个绝热容器中，确保与外界几乎没有热量交换。

2. 在一定时间范围内记录物质温度的变化。

3. 通过计算物质热量变化和温度变化的关系，得到比热容的数值。

绝热量热容法的优点是可以减少外界的热量干扰，提高测量的精确性。

但它需要精密的仪器和较长的实验时间。

综上所述，比热容可以通过恒压热容法、差热法和绝热量热容法进行测量。

每种方法都有其适用的范围和优缺点。

科学家们通过不断改进和创新，使比热容的测量方法更加准确和方便，为热学研究提供了重要的工具。

实验六固体比热容的测量（混合法）固体比热容指单位质量的热容量，也是特定粒子电子、原子、分子等结构及其运动特性的宏观表现。

测量固体物质比热容对于了解固体物质性质，物质内部结构等都具有重要的意义，常用于测量固体物质比热容的方法有动态法、混合法、冷却法等。

【实验目的】1、掌握基本的量热方法——混合法。

2、测固体的比热容。

【实验仪器】热学综合实验平台、量热器、加热井装置【实验原理】金属是重要的固态物质，本书对固体物质比热容的测量重点介绍了金属比热容的测量，金属比热容是金属物质的重要特性，本实验重点介绍混合法测量金属比热容。

温度不同的物体混合后，热量将由高温物体传递给低温物体。

如果在混合过程中和外界没有热交换，最后将达到均匀稳定的平衡温度，在这过程中，高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量，此称为热平衡原理。

本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体的比热。

将质量为m、温度为T1 的金属块投入量热器的水中。

设金属块、水、量热器内筒、搅拌器和温度计的比热分别为c、c0、c1和c2，质量分别为m、m0、m1和m2，待测物投入水中之前的水温为T2 。

在待测物投入水中以后，其混合温度为θ，则在不计量热器与外界的热交换的情况下，将存在下列关系：mc (T1 −θ ) = ( m0c0 + m1c1 + m2c2 ) (θ−T2 )即：)－()－)(＋＋(＝112 2211θTmT θcmcmcmc上述讨论是在假定量热器与外界没有热交换时的结论。

实际上，只要有温度差异就必然会有热交换存在，因此，必须防止或进行修正热散失的影响。

热散失的途径主要有三：第一是加热后的物体在投入量热器水中之前散失的热量，这部分热量不易修正，应尽量缩短投放时间。

第二是在投下待测物后，在混合由外部吸热和高于室温后向外散失的热量。

在本实验中，由于测量的是导热良好的金属，从投下物体到达混合温度所需时间较短，可以采用热量。

固体比热容的测定指导老师：王亚辉小组成员：李彦辉张燚杨朋波胡宏明电热法测固体比热容实验的改进1引言在传统的混合法测固体比热容实验中, 量热器等的吸热和散热一直是制约实验结果准确度的一个关键因素. 为了消除此类热量传递对测量结果的影响, 在一定的实验条件下, 可以近似地用作图法消除热交换的影响, 其次还要考虑量热器、搅拌器等的等效比热容和质量, 处理过程相当麻烦. 本实验采用电热法, 通过控制放试件和不放试件两种情况下的初末温度和液面高度, 将上述种种热散失抵消掉, 使测量较准确, 操作较简单. 另外, 本实验采用传感器加模拟电路来测量温度, 使温度的测量更准确; 用不锈钢杜瓦瓶代替传统的量热器筒和保温套筒,减少了向外界的热量散失, 且使用方便2实验改进方法实验装置如图1所示. 待测样品及水放在杜瓦瓶中, 并设置了AD590温度传感器和电加热器、搅拌器. 水面高度为杜瓦瓶的3/ 5左右;样品不宜太大或太小; AD590和样品大致位于水深的中部; 电加热器置于偏下部.设加热电压为U, 电流为I, 则电加热器在时间T内放出的热量为UIS. 此热量使量热器的整体温度由t1 升至t2. 根据能量守恒定律, 可得如下方程UIT= (mc+ m0c0+ C1 + C2 + C3) (t2 - t1) + ΔQ ( 1)式中, m, c为待测物的质量和比热容; m0, c0 为水的质量和比热容; C1, C2, C3 分别为在此实验状况下量热器( 包括搅拌器) 、电加热器、温度传感器的等效热容量; ΔQ为其它因素散失的热量.本实验测量的困难在于C1, C2, C3 及ΔQ均为未知的参量. 为解决这一问题, 采用同等实验条件下的系统误差差值消去法.实验分两步进行: 第一步不加待测试件, 加热T1时间后, 系统从t1 升温至t2; 第二步放入t1温度的水和试件, 且要求水位和第一步等高, 加热T2 时间后, 同样使温度升高到t2. 据( 1) 式有UIT1 = (m01c0+ C1+ C2 + C3)(t2 - t1) + Δ Q1 ( 2)UIT2= (m02c0 + C1+ C2+ C3+ mc)(t2- t1) + ΔQ2( 3)( 2) 式减去( 3) 式得UI ( T1 - T2) =- mc( t2- t1) + ( m01 - m02) c0( t2 - t1) +ΔQ1 -ΔQ2故\( m01- m02) c0( t 2- t 1) - UI( T1- T2) +Q1 -Q2∆∆( 4) c=m( t2- t1)考虑到在前后两步测量中, 初末温度相同,水的高度相同, 环境条件也相同, 因此量热器热量交换情况基本相同, 其差别仅在于电加热的时间T1 与T2 略有差别, 造成ΔQ1 与ΔQ2 略有不同. 由于用了高真空杜瓦瓶作为量热器, ΔQ1与ΔQ2 均很小, 而其差值将更小. 测试结果也表明平衡后系统的温度随时间的变化极缓慢, 如图2所示. 因此, 可以忽略该项差别, 认为ΔQ1- ΔQ2= 0, 则( 4) 式化得为( m01- m02) c0( t 2- t 1) - UI( T1- T2)c=m( t2- t1)本实验应该注意的几个问题:1) 本实验的关键之一在于两步实验初末温度的控制, 最好相同, 稍有差别也是可以的, 但一定要保证t2-t1 相同.2) 加热过程中要充分地、不断地搅拌, 否则传感器即数字毫伏表反映的温度与实际平衡温度会有差别.3) 计时器的开关要迅速及时, 必要时可两人配合. 关闭加热器和计时器后应继续搅拌片刻, t2 应取最大读数值.4) 要选择恰当的电加热功率. 功率太大, 会使计时器的控制难度加大, 且增加量热器内温度的不均匀性; 太小会使实验时间延长, 增大散热引起的误差.数据记录:烧杯:m1=66.3 筒：m2=66.6 筒+水：m3=212.1g筒+水+珠：m4=298.7g 烧杯+铜珠：m5=166.4g只加水： U=11.99v I=1.026A稍加热停止时末温T0 T1 T221.2℃21.8℃22.2℃继续加热停止时末温时间T3 T4 T132℃32.4℃599.1s水+珠:稍加热停止时 末温 '0T '1T '2T21.0℃ 21.7℃ 22.2℃继续加热停止时 末温 时间'3T '4T '5T31.8℃ 32.4℃ 590.1s数据处理:m=m5-m1=100.1g m10=m3-m2=145.5gm20=m4-m-m2=132gC 测珠=m m m 2010-*Co 水-)24()21(T T m t t VI -- =1.1001325.145-×4.2×103J/g ℃-)2.224.32(**1.100)1.5901.599(_*026.1*99.11103---J/(g ℃) =566.4 J/g ℃-108.4 J/g ℃=458 J/g ℃误差分析：因为数字毫伏表容许误差为0.1℃，电压表，电流表准确度分别为0.1V,0.01A,启停数字计数器的误差之和为0.4s,天枰的感量为0.02g.u( t1) = u( t2) = 0. 1/ 3 = 0. 06℃u( U) = 0. 1/ 3 = 0. 06Vu( I) = 0. 01/ 3 = 0. 006Au( Ʈ1) = u(Ʈ 2) = 0. 4/ 3 = 0. 23su( m01) = u( m02) = u( m) =0. 02/ 3= 0. 016g则故u( c) = u2( c1) + u2( c2) = 5J/ ( g *℃)取公认值480J/(g*℃）测量值与真实值之差与标准值取百分比 η=480458480 *100%=4.6% 在允许百分误差（5%）以内，故该实验测量比热容是可行的。

实验18 固体比热容的测量（一）混合法测量固体比热容[实验目的]1．学习量热的基本方法——混合法2．学习一种修正散热的方法——温度的修正3．测定金属的比热容[实验仪器]量热器、双壁加热器、蒸汽锅、电炉、水银温度计（0-50.0℃, 0－100℃）各一支、物理天平、停表、量筒。

[仪器介绍]1．量热器为了使实验系统（包括待测系统与已知其热容的系统）成为一个孤立系统, 我们采用量热器。

传递热量的方式有三种: 传导、对流和辐射。

因此必须使实验系统与环境之间的传导、对流和辐射都尽量减少, 量热2．外筒是双层结构, 空气封闭其中, 因为空气是热的不良导体, 故可避免空气传导而引起热量的损失；外筒上端的木盖可严密地盖着, 避免空气对对流所引起的热量损失；外筒的内壁和内筒的外壁均电镀得十分光亮, 可减少热辐射, 外筒的底部放上一个隔外筒的外表再包一层绒布, 这样就能使整个系统尽可能根据上述测量的T－t数据, 以T为纵坐标, 以t为横坐标, 即得如图（2—3—18—4）的T－t曲线。

A点对应的时刻就是测水温开始的时间 , B点对应的时刻就是, 而不是5分钟末的时间。

然后作图即得混合前后冷水的初温和末温T。

把各个物理量的测量值代入式（2-3-18-1）即可算出金属样品的比热容。

图（2—3—18—4）中的G点所对应的温度应为室温所在的位置, 这样才不影响温度的修正。

[实验内容和要求]1. 混合法测定铜块的比热容2.混合过程中散热的温度修正法3．混合前量热器（含水）系统温度低于室温（加冰块）, 测量系统随时间吸热变化的温度。

4. 混合过程快速测量变化的温度5. 数据处理：Cx与标准值求百分误差［注意事项］1. 作温度值修正法曲线图, FE垂直于t轴, 满足S1=S2, 图中G点对应的温度接近室温为佳。

2. 从曲线图中定出初温T2和末温T。

［实验思考］请分析本实验主要的误差来源。

（二）冷却法测量金属的比热容[实验目的]学习冷却法测量金属比热容的方法[实验仪器]FB312型冷却法金属比热容测量仪[实验原理]根据牛顿冷却定律, 用冷却法测定金属的比热容是量热学常用方法之一。

实验简介19世纪，随着工业文明的建立与发展，特别是蒸汽机的诞生，量热学有了巨大的进展。

经过多年的实验研究，人们精确地测定了热功当量，逐步认识到不同性质的能量（如热能、机械能、电能、化学能等）之间的转化和守恒这一自然界物质运动的最根本的定律，成为19世纪人类最伟大的科学进展之一。

从今天的观点看，量热学是建立在“热量”或“热质”的基础上的，不符合分子动理论的观点，缺乏科学内含。

但这无损量热学的历史贡献。

至今，量热学在物理学、化学、航空航天、机械制造以及各种热能工程、制冷工程中都有广泛的应用。

比热容是单位质量的物质升高（或降低）单位温度所吸收（或放出）的热量。

比热容的测定对研究物质的宏观物理现象和微观结构之间的关系有重要意义。

本实验采用混合法测固体（锌粒）的比热容。

在热学实验中，系统与外界的热交换是难免的。

因此要努力创造一个热力学孤立体系，同时对实验过程中的其他吸热、散热做出校正，尽量使二者相抵消，以提高实验精度。

实验原理混合法测比热容设一个热力学孤立体系中有种物质，其质量分别为，比热容为（）。

开始时体系处于平衡态，温度为，与外界发生热量交换后又达到新的平衡态，温度为，若无化学反应或相变发生，则该体系获得（或放出）的热量为假设量热器和搅拌器的质量为，比热容为，开始时量热器与其内质量为的水具有共同温度，把质量为的待测物加热到后放入量热器内，最后这一系统达到热平衡，终温为。

如果忽略实验过程中对外界的散热或吸热，则有式中为水的比热容。

代表温度计的热容量，其中是温度计浸入到水中的体积。

⏹系统误差的修正在量热学实验中，由于无法避免系统与外界的热交换，实验结果总是存在系统误差，有时甚至很大，以至无法得到正确结果。

所以，校正系统误差是量热学实验中很突出的问题。

为此可采取如下措施：●要尽量减少与外界的热量交换，使系统近似孤立体系。

此外，量热器不要放在电炉旁和太阳光下，实验也不要在空气流通太快的地方进行。

●采取补偿措施，就是在被测物体放入量热器之前，先使量热器与水的初始温度低于室温，但避免在两热器外生成凝结水滴。

11. 电热法测固体的比热容一．目的1．掌握基本的量热方法---电热法.2．测固体的比热容.二．实验仪器1.YJ-RZT-IIA数字智能化热学综合实验平台、2.量热器、3.数字温度计、4.加热器、5.天平、6.待测金属钢珠、7.连接线.三．原理如图1所示,在量热器中加入质量为m的待测物,并加入质量为m的水,如果加在加热器两端的电压为U, 通过电阻的电流为I, 通电时间为τ, 则电流作功为：A=UIτ (1)如果这些功全部转化为热能，使量热器系统的温度从t1℃升高至t2℃，则下式成立UIτ=(mc+m0c+m1c1+ωc)( t2- t1) (2)c为待测物的比热容,c0为水的比热热容, m1为量热器内筒的质量,c1为量热器内筒的比热容,在测量中，除了用到的水和量热器内筒外，还会有其他诸如搅拌器、温度传感器、加热器等物质参加热交换, 我们把搅拌器、加热器和温度传感器等的质量用水当量ω表示. ω可以由实验室给出.由2式得:c＝〔UIτ/( t2- t1)- mc- m1c1-ωc〕/m (3)为了尽可能使系统与外界交换的热量达到最小，在实验的操作过程中就应注意以下几点：不应当直接用手去把握量热筒的任何部分；不应当在阳光直接照射下进行实验；不在空气流通过快的地方或在火炉旁或暖气旁做实验.此外，由于系统与外界温差越大，在它们之间传递越快；时间越长，传递的热量越多.因此在进行量热实验时，要尽可能使系统与外界的温差小些，并尽量使实验进行得快些.四．实验步骤1. 用天平称出不锈钢量热器内筒质量m1,加入一定量的水后用天平称出其总质量M,则水的质量m0=M- m1,2.用天平称取一定量m（约100g）的金属颗粒放于量热器水中,如图1所示,安装好量热器装置.3.打开电源开关,如图2所示,调节恒压调节钮, 使其恒压输出12V左右,4.如图2所示,连接好加热器电路, 将测温电缆和搅拌电机电缆与YJ-RZT-IIA数字智能化热学综合实验平台面板上对应电缆座连接好,安装好搅拌电机、测温探头、加热器.4．打开搅拌开关,记录系统温度t15.连接好加热电阻电路。

摘要比热容(specific heat capacity)又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量物质的热容量，即使单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能，通常用符号c表示。

比热容是一个重要的物理量，物质比热容的测量是物理学的基本测量之一。

比热容的测定对于了解物质的结构、确定物质的相变、鉴别物质的纯度以及新能源的开发和新材料的研制等方面，都起着重要作用。

因此，比热容的测量是物理学的重要内容之一。

关键词：固体；液体；气体；比热容AbstractSpecific heat capacity (specific heat capacity), referred to as heat specific thing, is the quality of heat, unit of material quality object if unit of temperature change unit can absorb or release, usually use symbol c said. Heat capacity is an important parameters measurement of heat, material is one of the basic physics of measurement. Heat capacity to understand the structure determination of material, material of phase change, identify the purity of the material and the development of new energy and material research, etc .plays an important role. Therefore, the heat of the measurement is one of the important contents of physics.Keywords: solid; liquid; gas; Specific heat capacity目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (1)第二章固体物质比热容的测定 (2)2．1动态法测固体比热容 (2)2.1.1实验原理 (2)2.1.2 实验装置 (3)2.1.3 数据处理 (3)2．2 混合法测金属比热容 (4)2.2.1 实验原理 (4)2.2.2 实验器材、数据记录及处理 (4)2.2.3 讨论 (5)2.3 比较法测定金属比热容 (5)2.3.1 实验原理 (5)2.3.2 实验装置 (6)2.3.3 实验数据记录及计算 (7)2.3.4 关于实验条件的讨论 (8)2．4 本章小结 (8)第三章液体物质比热容的测定 (9)3.1 利用牛顿冷却定律测定盐水的比热容 (9)3.1.1 实验原理与方法 (9)3.1.2 实验数据与处理 (10)3.1.3 小结 (12)3．2 电热法测液体比热容实验 (12)3.2.1 实验原理 (12)3.2.2 实验结果与讨论 (13)3．3 本章小结 (13)第四章气体物质比热容的测定 (15)4.1 对空气比热容比测定实验的研究 (15)4.1.1 气体比热容比测定实验原理 (15)4.1.2 实验结果及分析 (16)4.2 测定空气比热容比实验的探讨 (19)4．3 本章小结 (19)总结 (22)参考文献 (23)致谢 (24)第一章绪论物质的比热容是物质特性的重要参量，比热容数值可提供对理论物理计算的最直接验证，也是决定某些近代理论所用的假设是否适用的最直接方法。