热功当量.

一、实验目的1. 理解热功当量的概念。

2. 测量热功当量的数值。

3. 验证能量守恒定律。

二、实验原理热功当量是指单位质量的热能转化为功的量。

根据能量守恒定律，热能和功是可以相互转化的。

本实验通过将热能转化为机械能，测量机械能的大小，从而得出热功当量的数值。

三、实验器材1. 燃烧匙2. 烧杯3. 钢尺4. 温度计5. 秒表6. 红磷7. 水银温度计8. 量筒9. 细沙10. 铝片11. 搅拌棒四、实验步骤1. 准备实验器材，将红磷放入燃烧匙中。

2. 在烧杯中加入适量的水，用温度计测量水的初始温度。

3. 将红磷投入烧杯中，用秒表计时，观察并记录水沸腾的时间。

4. 水沸腾后，立即用温度计测量水的最高温度。

5. 将烧杯中的水倒入量筒中，测量水的体积。

6. 将量筒中的水倒入烧杯中，用搅拌棒搅拌，使其充分混合。

7. 用温度计测量混合水的温度。

8. 重复以上步骤三次，取平均值。

五、实验数据1. 红磷质量：0.5g2. 水的初始温度：20℃3. 水的最高温度：100℃4. 水的体积：200ml5. 混合水的温度：95℃6. 水沸腾时间：30s六、数据处理1. 计算水的质量：m = ρV = 1g/cm³ × 200ml = 200g2. 计算水的温度变化：Δt = 100℃ - 20℃ = 80℃3. 计算水的热量：Q = cmΔt =4.18J/(g·℃) × 200g × 80℃ = 66880J4. 计算热功当量：W = Q/t = 66880J / 30s = 2263.33J/s七、实验结果根据实验数据，热功当量的数值为2263.33J/s。

八、实验结论通过本次实验，我们成功测量了热功当量的数值，验证了能量守恒定律。

实验结果表明，热能和功是可以相互转化的，且在一定条件下，二者具有确定的当量关系。

九、注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免烫伤。

2. 实验器材要保持清洁，避免污染。

热功当量值表示字母-概述说明以及解释1.引言1.1 概述热功当量是热力学中的一个重要概念，它用来表示物体所具有的热能与工作能力之间的转化关系。

简单来说，热功当量就是指单位热能所能产生的工作量。

在热力学中，我们知道能量可以以多种形式存在，其中包括热能和机械能。

而热功当量则是描述这两种能量之间的转化关系，它告诉我们单位热能可以转化为多少单位的机械能。

热功当量的重要性在于它使我们能够在热力学领域进行能量计算和转换。

通过研究热功当量，我们可以了解到不同物体在接受热能时产生的机械能有多大，从而为工程设计和能源利用提供了依据。

热功当量的测量方法有很多种，其中最常用的方法是利用热机的工作原理进行测量。

通过测量热机在工作过程中释放的热能和所做的功，我们可以根据能量守恒定律来求解热功当量的数值。

总结来说，热功当量是描述热能和机械能之间转化关系的物理量，它在热力学中具有重要的应用价值。

通过测量热机的工作原理，我们可以准确求解出物体的热功当量值，从而为工程设计和能源利用提供了基础数据。

接下来，我们将详细介绍热功当量的定义和测量方法，以便更好地理解和应用这一概念。

文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将按照以下结构来展开对热功当量值的介绍和讨论:1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 热功当量的定义2.2 热功当量的测量方法3. 结论3.1 总结3.2 对热功当量的重要性的讨论在引言部分，我们将简要介绍热功当量值的背景和意义。

首先，我们会给出对热功当量的概述，解释它在物理学和工程领域中的重要性。

接着，我们将介绍本文的整体结构，以及本文的目的和所涉及的主要内容。

在正文部分，我们将详细探讨热功当量的定义和测量方法。

我们会解释热功当量是什么，以及它与其他相关概念的关系。

然后，我们将介绍不同的测量方法，包括直接测量和间接测量。

我们还会列举一些常用的热功当量测量工具和技术，并讨论它们的优缺点。

最后，在结论部分，我们将总结文章的主要内容和发现。

简述热功当量的实验原理
热功当量是指单位功所释放的热量，也是热量与功之间的转化比例。

其实验原理基于能量守恒定律和热力学第一定律。

实验中一般会利用电能和热量之间的相互转化关系来测定热功当量。

具体步骤如下：
1. 首先，通过电源将电能输入到一个电阻中，使其发热。

2. 接着使用导热体将电阻中产生的热量传递给一个水槽中的水。

3. 使用热量计测量水槽内水温的变化，从而得到水的质量和温度变化。

4. 根据热量和温度的关系，可以计算出水槽中吸收的热量。

5. 同时，可以通过电流表和电压表测量电阻上的电流和电压，从而计算出电功。

6. 最后，通过计算热量和电功之间的比例关系，即可得到热功当量。

需要注意的是，实验过程中要考虑到各种损耗，如导热体、电路中的损耗等，以准确计算出热功当量。

实验结果较理论值有差别时，可以通过改进实验装置和减
小误差来提高实验精度。

We,2 pe (V2 V1 )
体系所作的功如阴影面积所示。
3.多次等外压膨胀
p'
p2
p1
V'
V2
V1
p'
V1
V' V"
V' V"
p"
p p1
p1V1
阴影面积代表We,3
p 'VW = - p '(V '- V ) e,3 1
p'
p2 (V2 V ')
p2
V1
V'
- p (V - V ) ' - p1 (V1 - V )
整个过程所作的功为三步加和。
'
'
"
3.可逆压缩
水
如果将蒸发掉的水气慢慢在杯中凝聚， 使压力缓慢增加，恢复到原状，所作的功为：
p2
始 态
pe pi dp
V2
p
p1
p1
V1
终 态
p1V1
' 阴影面积代表We,3
p2 V1
p2V2
V V
3.可逆压缩 如果将蒸发掉的水气慢慢在杯中凝聚，使压力缓 慢增加，恢复到原状，所作的功为：
三、可逆过程（reversible process）
体系经过某一过程从状态（1）变到状态（2） 之后，如果能使体系和环境都恢复到原来的状态 而未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力 学可逆过程。否则为不可逆过程。 上述准静态膨胀过程若没有因摩擦等因素造 成能量的耗散，可看作是一种可逆过程。过程中 的每一步都接近于平衡态，可以向相反的方向进 行，从始态到终态，再从终态回到始态，体系和 环境都能恢复原状。

Q = (c1m1 + c2 m2 + c3 m3 + 0.857V )(T f − T0 )
所以，热功当量
W IUt J= = Q (m1C1 + m2C2 + m3C3 + 0.857V )(T f − T0 )
J的标准值J0＝4.1868焦耳/卡。
焦耳/卡
2、散热修正
为了修正终止温度的误差，实验时在相等的时间间 隔内，记下相对应的温度，然后以时间为横坐标，温 度为纵坐标作图。
T (℃)
图中AB段表示通电以前系 统与环境达到热平衡后的稳定 阶段，其稳定温度（即室温） 也就是系统的初温T0，BC段表 示在通电时间t内，系统温度 的变化情况。由于温度的变化 存在滞后的现象，因而断电后 系统的温度还将略为上升，如 CD段所示，DE段表示系统的自 然冷却过程。
Tf T2
∆T
F D C
自然冷却降温数据（每隔60s）
时间t（s） 温度T（°C） 0 60 120 …
实验过程中的电压、电流值（记录变化时）
电压值U（V） 电流I（A） 平均电流 I＝_（A） 平均电压U＝_（V）
1、计算电流所做的功W； 2、做自然冷却段ln|T-θ|-t图，求出冷却常数k； 3 3、利用逐点修正公式并结合升温段数据，修正得理 想终温，并画出实测温度和理想温度曲线； 4、利用修正后理想终温，计算热量Q，求得热功当量 J，并与理论值比较，计算不确定度。
最终产生的误差 系统的真正终温
v = ∆T t2
t1 ∆T T f = T2 + δTi = T2 + 2 t2
t1 ∆T δTi = vt1 = 2 t2
实验仪器
HLD-IH-II型智能热学综合实验仪 型智能热学综合实验仪

1.2 热 力 学 第 一 定 律1.2.1 热功当量热力学第一定律的数学表达式设有任一个物系做一个任意循环（如图），吸热为Q '，做功为W ，我们发现0=+'W Q J（1）由于Q '的单位为卡，功的单位为焦耳，二者 不能直接相加，Q '前必须乘以热功转换系数或称热功当量J （焦耳/卡）。

Joule （焦耳）和 Mayer （迈耶尔)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。

即： 1 cal = 4.1840 J这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。

1.2.2 能量守恒定律自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。

到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。

1.2.3 热力学能(Internal energy)系统总能量通常有三部分组成： 1）系统整体运动的动能 2）系统在外力场中的位能 3）热力学能，也称为内能 1.2.3.1 定义热力学能是指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。

p V热力学中一般只考虑静止的系统，无整体运动，不考虑外力场的作用，所以只注意热力学能1.2.3.2 热力学能的特点1) 内能是体系内部能量的总和 U ，单位J ，kJ ，包括：• 对于组成一定的均匀体系，只要体系的量确定， U 由体系的两个性质确定。

2）3）4） 5） 6） 热力学能是状态函数。

∆U=U 2-U 1,, 微小变化d U 。

1.2.4 热力学第一定律的数学表达式W Q dU δδ+=或 W Q U +=∆这就是热力学第一定律的数学表达式。

对于非循环过程，状态函数的变化值只与初末态有关，与具体的历程无关：w ad =U f -U i =△Uh =A f -A i =△A △U = Q + W (宏观过程）—the First Law of thermodynamics无穷小过程）process( mal infinitesi -+=W Q dU δδ热力学第一定律是能量转化和守恒定律的特殊形式。

热功当量实验指导书一、实验目的：1.测量机械功转变为热能的能量守恒定律,并测量热功当量。

2.掌握热力学实验结果的曲线校正方法．二、仪器设备：J-FR3型热功当量实验仪、天平（50mg）及附件、烧杯、温度计（0.1C0）、秒表、砝码、钢卷尺．三、实验原理：J-FR3型热功当量实验仪的主要部分为两个黄铜制成密切相合的圆锥体。

外圆锥体直立于转轴上，可由摇轮通过皮带传动使其转动。

并有记转器与转轴相联。

内圆锥体系空心铜杯，可盛放水，上置大圆盘，沿圆盘外周用软线通过一小滑轮悬挂砝码，使产生一力矩，以阻止内圆锥体随同外圆锥体转动。

若此力矩与内圆锥体间的摩擦力矩相等且作用方向相反Array时，内锥体将停留不转动，砝码亦悬空。

此种情况下，相当于外锥体转动一样。

砝码下落所作的功则完全消耗在克服内外锥体间的摩擦，故若圆盘半径为R外锥体转动n转相当于砝码下落π2nR假定砝码质量为m则砝码下落所作之功，亦即消耗在内外锥体间的摩擦功为：π2nRmg此项摩擦消耗的功全部转变为热能。

其热量可由内外锥体及杯内所盛水的温度变化量予以求算。

四、实验步骤：1.熟悉仪器：先将大圆盘及内外两锥体取下，可看到外锥体底座有一缺口，安装时可将锥体转动位置待缺口对准轴上的销子，锥体即座落在轴上，扶正锥体并稍微向下压紧即可。

装上大圆盘处于近水平位置。

悬挂砝码钩的线一端固定在圆盘边上将线在盘周槽内套一圈再跨过小滑轮，并使悬线与圆盘成正切。

摇动摇轮，并一手拉住砝码钩，阻止圆盘及内锥体随同外锥体转动。

试摇数转后可加约100－200克砝码，使在外锥体静止时，能拖动圆盘带动内锥体转动。

再徐徐摇动摇轮，控制摇转的速度，将能使砝码悬挂在空中不动。

适当调节砝码重量，至摇轮每分钟约60转较为适宜。

2.记录数据：室温：由温度计读出；圆盘周长：用圆盘上的线绕圆盘一周，用钢卷尺测量细线的长度；搅拌棒的质量，内、外圆锥体的质量：由天平测出，记转器初始值：注意左边的计数盘每格为一转，而左边的计数盘每格为100转．壱弐用烧杯取大约100ｍｌ的水（注意：水的温度应低于室温大约10度为宜，可用温度计测量）. 放于天平上称出烧杯连同水的总质量，然后取下热功当量实验仪的大圆盘，将水加入到小圆锥体的小杯中，至杯口12～15ｍｍ为宜．然后称出剩余水及烧杯的总质量．并记录两次称量的结果，他们的差值即为我们实验中注入水的质量。

实验 用电热法测定热功当量【实验目的】1．用电热法测量热功当量。

2．学会一种热量散失的修正方法—修正终止温度。

【实验仪器】量热器（附电热丝），温度计（0℃～100℃、1℃），电流表，电压表，直流稳压电源，秒表，电子天平，开关等。

【实验原理】仪器装置如图1所示，M 与B 分别为量热器的内外两个圆筒，C 为绝缘垫圈，D 为绝缘盖，J 为两个铜金属棒，用以引入加热电流，F 是绕在绝缘材料上的加热电阻丝，G 是搅拌器，H 为温度计，E 为稳压电源。

1．电热法测热功当量 强度为I 安培的电流在t 秒内通过电热丝，电热丝两端的电位差为U 伏特。

则电场力做功为W ＝IUt （1）这些功全部转化为热量，此热量可以用量热器来测量。

设m 1表示量热器内圆筒和搅拌器（一般质料相同，否则应分别考虑）的质量，C 1表示其比热。

m 2表示量热器内圆筒中水的质量，C 2表示水的比热，T 0和T f 表示量热器内圆筒及圆筒中水的初始温度和终止温度，那么量热器内圆筒及圆筒中的水等由导体发热所得的热量Q 为Q ＝（m 1C 1＋m 2C 2）（T f －T 0） （2）其中，热容用cal 做单位，则：C 黄铜 = 0.0936 cal/(g.o C)，C 水 = 1 cal/(g.o C) 所以，热功当量))((02211T T C m C m IUtQ W J f -+==J/cal （3）J 的标准值J 0＝4.1868焦耳/卡。

2．散热修正方法1：根据牛顿冷却定律修正。

如果实验是在系统（量热器内筒及筒中的水等）的温度与环境的温度平衡时，对电阻通电，那么系统加热后的温度就高于室温θ。

实验过程中将同时伴随散热作用，这样，由温度计读出的终止温度的数值T 2必定比真正的终止温度的数值T f 低。

（即假设没有散热所应达到的终温为T f ）。

为了修正这个温度的误差，实验时在相等的时间间隔内，记下相对应的温度，然后以时间为横坐标，温度为纵坐标作图，如图2所示。

热功当量换算公式
热功当量换算公式可以用来快速计算物理量的热功当量之间的换算关系。

它可以让我们快速换算任何两个热功当量，而无需担心是否计算错误。

它基于对温度和热功当量的基本定义，可以用下面的公式来描述：Q = mc∆T (m—物质的质量，c—比热容，∆T—温度变化量)。

一般来说，热功当量换算公式可以用下面的公式来表示：
Q1/Q2=m1c1∆T1/m2c2∆T2。

其中，Q1是物质1的热功当量，Q2是物质2的热功当量，m1、c1、
∆T1是物质1的质量、比热容和温度变化量，m2、c2、∆T2则是物质2的
质量、比热容和温度变化量。

根据上述定义，热功当量换算时，要考虑以下因素：物质的质量、比
热容以及温度变化量。

只有知道了这几个参数，我们才能根据热功当量换
算公式精确计算出热功当量之间的转换关系，从而快速完成换算工作。

热功当量公式热功当量公式，这可是物理学中一个相当重要的概念啊！咱先来说说啥是热功当量。

简单来讲，热功当量就是表示热量和功之间相互转换时的一个比例关系。

就好比你去超市买东西，一块钱能买几个苹果，这个比例是固定的。

热功当量也是这么个道理，它告诉咱们一定量的热量能转换成多少功，或者反过来，做一定的功能产生多少热量。

热功当量公式是：J = W / Q 。

这里的“J”就是热功当量，“W”表示功，“Q”表示热量。

我给您举个例子啊。

比如说冬天到了，家里的电暖器开始工作。

电暖器消耗了电能做了功，然后转化成热能，让屋子暖和起来。

这时候，咱们就可以用热功当量公式来算算，到底消耗了多少电能，产生了多少热量。

记得有一次，我给学生们讲这个知识点的时候，有个调皮的小家伙就问我：“老师，这热功当量公式在生活中有啥用啊？难道我每天吃饭还得算一算？”全班同学都哈哈大笑起来。

我笑着回答他：“你可别小瞧这个公式，比如说汽车发动机烧油产生动力，这里面就有热功转换。

如果工程师不明白热功当量，怎么能让汽车更省油跑得更远呢？”小家伙听了，似懂非懂地点点头。

在实际应用中，热功当量公式的作用可大了去了。

像发电厂里，把燃料燃烧产生的热能转化为电能，就得依靠对热功当量的精确把握，才能提高能源的利用效率，减少浪费。

再比如说，咱们日常用的空调。

夏天的时候，空调把室内的热量搬运到室外，这也是涉及到功和热量的转换。

只有搞清楚热功当量，才能设计出更节能、更高效的空调。

而且啊，研究热功当量对于理解热力学定律也非常重要。

热力学第一定律说的是能量守恒，热功当量就是这个守恒定律在热量和功之间转换的具体体现。

从小学到高中的物理学习中，热功当量公式虽然不是最常考的，但却是理解能量转换的关键之一。

对于咱们学习物理，建立科学的思维方式，有着不可或缺的作用。

总之，热功当量公式虽然看起来有点复杂，但只要咱们认真去理解，结合实际去思考，就能发现它在生活和科学研究中的大用处。

希望同学们都能掌握好这个公式，为未来的学习和探索打下坚实的基础！。

热功当量
热量与功量都是传递中的能量形式，当其采用的能量单位不同时，它们的单位之间就存在一定的转换关系，即Q＝AW，式中Q为热量，w为功量，A为热功当量。

英国物理学家焦耳(James Prescott Joule)在1843年首先发表了他通过实验测出的产生一单位热所需功的量值，即1 lb(磅)重物下降772 ft(英尺)所做的功通过摩擦产生的热会使1 lb水的温度升高1。

F。

在米制单位制中，即为1 cal热量相当于4.186 8 J的功。

1948年国际计量委员会规定，热量单位采用功的单位焦耳(J)。

热功当量A=4.186 8 J／cal。

这一概念在标准国际单位中已失去了用途，因在标准国际单位制中，一切形式的能量都采用单位焦耳（J）表示。

热功当量定律热功当量定律是热力学的基础定律之一。

它是指在相同的温度条件下，在同样的物质中，所摄入（所放出）的热量与所作的功等量。

这个定律的实践意义非常重大，因为它可以帮助我们计算一些关键的能量数值，例如物体的热容量和各种物理过程中所涉及的热量变化。

该定律最初是由James Prescott Joule在19世纪中叶发现的。

Joule是一位出色的物理学家，他花费了大量精力在热力学方面的研究。

他的发现对于热力学的发展和现代物理学的进步做出了重要贡献。

该定律的数学表达式是：Q = W即所摄入的热量（Q）等于所作的功（W）。

这个公式可以帮助我们计算一些物理过程中的能量变化。

例如，如果一个人用力提起一个重物，那么他的肌肉会作出功，将能量转化为机械能，抬起物品的高度也会增加。

当人体消耗的能量通过热量散发出去时，它会产生热量，这些热量就是由肌肉细胞的摩擦所产生的。

因此，根据热功当量定律，设物体的重量为m，所提高的高度为h，g为重力加速度，则所作的功可表示为W=mgΔh。

而在该过程中所产生的热量Q等于作出的功W。

因此，如果我们知道m、h和g，我们就可以根据这个公式计算出所作的功和所产生的热量。

具体来说，如果我们抬起一个重物，让它升高1米，它的重量为10千克，那么作出的功W=mgΔh=10×9.8×1=98焦耳（J）。

根据热功当量定律，所产生的热量Q等于W，也就是说Q=98J。

总之，热功当量定律对于理解热力学作用、计算热力学问题以及相关工程应用非常重要。

通过方程式的使用，我们可以更好地理解物理学过程，并从中得到更准确的信息。

实验名称热功当量的测量一、前言热量和功这两个物理量，实质上是以不同形式传递的能量，它们具有相同的单位，即能量的单位焦耳（J）。

然而，在没有认识热的本质以前，历史上曾经对热量的计量另有规定。

热量的单位用卡路里，简称卡，1克纯水在1大气压下温度升高10C所吸收的热量为1卡。

焦耳认为热量和功之间应当有一定的当量关系，即热量的单位卡和功的单位焦耳间有一定的数量关系。

从1840年到1879年近40年的时间内，焦耳利用电热量热法和机械量热法进行了大量的实验，最终精确地求得了功和热量互相转换的数值关系—热功当量。

如果用W表示电功或机械功，用Q表示这一切所对应的热量，则功和热量之间的关系可写成W=JQ，J即为热功当量。

目前国际上对卡和焦耳的关系有两种规定：1热工程卡＝4.1868焦耳；1热化学卡＝4.1840焦耳。

国际上把“卡”仅作为能量的一种辅助单位，并建议一般不使用“卡”。

国际单位制规定，功、能和热量一律使用焦耳为单位。

虽然热功当量的数值现已逐渐为人们所少用，但是，热功当量的实验及其在物理学发展史上所起的作用是不可磨灭的。

焦耳的热功当量实验为能量转化与守恒定律奠定了坚实的实验基础。

本实验采用焦耳曾经做过的电热法来测定热功当量。

二、教学目标1、了解电流作功与热量的关系,用电热法测定热功当量。

2、了解热量损失的修正方法。

三、教学重点1、了解电流作功与热量的关系。

四、教学难点1、正确读取温度的方法和时机。

五、 实验原理1、用电热法来测定热功当量如果加在加热器两端的电压为U , 通过加热器的电流为I , 电流通过时间为t , 则电流作功为：W IUt = （1）如果这些功全部转化为热量，此热量用量热器测出，则可求出热功当量。

设m 1表示量热器内圆筒质量，C 1表示其比热。

m 2表示铜电极和铜搅拌器的质量，C 2表示其比热。

m 3表示量热器内圆筒中水的质量，C 3表示水的比热，T 1和T 2表示量热器内圆筒及圆筒中水的初始温度和终末温度，那么量热器内圆筒及圆筒中的水等所吸收的热量Q 为()()11223321Q mC m C m C T T =++-（2）如果过程中没有热量散失，电功W 用焦耳()J 作单位，热量Q 的单位用卡()cal 时，则有W JQ =（3）式中，J 为热功当量，由上式可得测量J 的理论公式：)/())((12332211cal J T T c m c m c m IUtQ W J -++==（4）2、 散热修正上述讨论是假定量热器与外界无热量交换时的结论，实际上只要有温度的差异就必然要有热交换存在。

热功当量实验意义
热功当量实验是物理学中非常重要的实验之一，它的意义在于通过实验测定物质的热功当量，从而深入了解物质的热性质和能量转化规律。

热功当量是指单位质量物质升高1摄氏度所需要的热量，通常用J/kg·℃表示。

不同物质的热功当量不同，这是由于不同物质的分子结构和化学性质不同，导致它们在吸收或释放热量时的能力也不同。

热功当量实验的基本原理是利用热量守恒定律，即热量的输入等于输出。

在实验中，我们需要将一定质量的物质加热到一定温度，然后将其放入一个已知热容量的容器中，测量容器和物质的温度变化，从而计算出物质的热功当量。

热功当量实验的意义在于它可以帮助我们深入了解物质的热性质和能量转化规律。

通过实验测定不同物质的热功当量，我们可以了解它们在吸收或释放热量时的能力，从而更好地理解物质的热性质。

此外，热功当量实验还可以帮助我们研究能量转化规律，了解热量和功的关系，从而更好地理解能量守恒定律和热力学第一定律。

热功当量实验是物理学中非常重要的实验之一，它可以帮助我们深入了解物质的热性质和能量转化规律，为我们更好地理解物质的本质和热力学规律提供了重要的实验基础。

热功当量的测定实验目的：测定热功当量实验原理：如图所示，设量热器内筒和搅拌器的总质量为m筒（由同种材料制成），内盛质量m液的液体，初温为t1。

当对电阻丝通电一段时间t后，液体末温为t2.设通电时电流表、电压表示数分别为I和U，则通电时间内电流做功为W=UIt。

量热器内筒（含搅拌器）及液体的吸热为.I、U、t、m筒、m筒、t1、t2均可由实验测得，则热功当量J＝W/Q实验器材：量热器、温度计、学生电源、直流电流表、直流电压表、滑动变阻器、停表、学生天平、电阻丝（约6Ω）、液体（水或煤油）、单刀开关、导线若干。

实验过程：实验步骤：1.用天平衡量出量热器内筒及搅拌器的总质量m筒。

然后向量热器内筒注入水或煤油，水的体积占内筒容积3/4左右。

用天平移出筒和水质总m,则m水＝m-m筒。

记入表中。

2.将旺势器内筒放入外筒，电阻丝、搅拌器放入水中，盖上盖板，连好电路。

读出旺势器系统初温t1和室温t0,均记入表中。

3.把学生电源电压输出选择旋钮拨至10V挡或12V挡，闭合开关同时启动秒表计是，并迅速调节变阻器使电流在1.5~2A。

以后要随时观察电流表和调整变阻器，使电流值保持稳定。

通电过程中，不断轻微搅拌水，以加速热传导。

读出电流表和电压表的求数，并记入表中。

4.当温度计示数高于室温10~150C时，断开开关，并同时停止计时。

继续搅拌水并观察温度计示数，当其示数最高时，读出温度t2.把通电时间t、末温t2记入下表中。

5.利用表中的实验数据和公式求出势功当量（有关比热容查比热容表），与公认值比较，求出百分误差。

注意事项：1.若实验前能将盛有水的量热器内筒置于冰上几分钟，使水的初温低于室温5~100C，则可以减小因量热器与外界的热交换而产生的实验误差（但在放入外筒前要擦干内筒外侧的水）。

2.若用水做实验，水应清洁，不含酸、碱、盐，否则不晚保持电流稳定。

用煤油做则不存在这个问题。

且煤油比热较小，电流相应可小一些。

3.电阻丝未放入液体之前，不应通电，以免损坏电阻丝。

电热当量一、前言在没有认识热的本质以前，热量、功、能量的关系并不清楚，所以它们用不同的单位来表示。

热量的单位用卡路里，简称卡。

焦耳认为热量和功应当有一定的当量关系，即热量的单位卡和功的单位焦耳间有一定的数量关系。

他从1840年开始，到1878年近40年的时间内，利用电热量热法和机械量热法进行了大量的实验，最终找出了热和功之间的当量关系。

如果用W表示电功或机械功，用Q表示这一切所对应的热量，则功和热量之间的关系可写成W＝JQ，J即为热功当量。

在1843年，焦耳用电热法测得的J值大约为4．568焦／卡；用机械方法测得的J值大约为4．165焦／卡。

目前公认的热功当量值为：在物理学中J＝4．1868焦／卡（其中的“卡”叫国际蒸汽表卡）；在化学中J＝4．1840焦／米（其中的“卡”叫热化学卡）。

现在国际单位已统一规定功、热量、能量的单位都用焦耳，热功当量就不存在了。

但是，热功当量的实验及其具体数据在物理学发展史上所起的作用是永远存在的。

焦耳的实验为能量转化与守恒定律奠定了基础。

二、实验仪器DW-1电阻丝量热器、DM-A2数字电流表、TW-0.5物理天平、DM-T数字温度计、DM-V4数字电压表、WYT-20直流稳压电源、DM2-001秒表、BX7-12滑线变阻器、KH-1开关。

三、实验原理仪器装置如图所示，M与B分别为量热器的内外两个圆筒，C为绝缘程度，D 为绝缘盖，J为两个铜金属棒，用以引入加热电流，F是绕在绝缘材料上的加热电阻丝，G是搅拌器，H为温度计，E为稳压电源。

强度为I安培的电流在t秒内通过电热丝，电热丝两端的电位差为U伏特。

则电场力做功为 W＝IUt（1）这些功全部转化为热量，此热量可以用量热器来测量。

设m1表示量热器内圆筒质量，C1表示其比热。

m2表示铜电极和铜搅拌器的质量，C2表示其比热。

m3表示量热器内圆筒中水的质量，C3表示水的比热，T1和T2表示量热器内圆筒及圆筒中水的初始温度和终止温度，那么量热器内圆筒及圆筒中的水等由导体发热所得的热量Q为 Q ＝（m1C1＋m2C2＋m3C3）（T2－T1）（2）所以W=Q通过实验检验此式是否相等。

6.實驗記錄： 時間(分鐘) 溫度(℃) 時間(分鐘) 溫度(℃)
※表格 1 視助教要求自行增加列數。 (量測時間約五十分鐘，時間長短加熱器電壓而決定，電流固定 0.5A 請勿調大) 原始數據 電壓(Volt) 電流(A) 0.5 熱功當量 J = (J/cal) 時間(sec) C(cal/℃) M(g)
熱學實驗四 1.目的： 測量熱功當量。
熱功當量
2.簡史[2]： 直到十九世紀中葉，人們才瞭解熱量是能量的一種形式。 1798 年 Count Rumford 發現在製造大砲的過程中熱量可以無中生有，他提出把熱視 為運動的一種形式。但他的觀點並未立刻得到支持。 1830 年 Carnot 首先確立熱功相當的思想，他的結果直到 1878 年才發表，因此，歷 史上並未將熱力學第一定律歸功於 Carnot。1842 年 Mayer 提出熱量和機械能的相當性 和可轉換性。1847 年 Helmholtz 用理論證明普遍的能量守恒原理，所考慮的能量形式包 括機械能、電磁能和熱能。 1841～1878 年間，Joule 做了四百次以上有關熱功當量的實驗，其中包括電流生熱 （ Joule 定律 P I 2 R ）及著名的漿輪實驗 [2] 。在 1849 年的階段總結中提出相當於 1cal=4.154J 的熱功當量值 ， 與今日數值相較 ， 誤差僅約 1% ， 令人嘆服！一般認為 Mayer、 Helmholtz 及 Joule 為建立熱力學第一定律的三大功臣。 對“熱”的完全瞭解要等到 Maxwell、Boltzmann 及 Gibbs 等人的統計力學之後， 才能確定宏觀熱現象與微觀粒子運動之間的關係。 早期常用的熱量單位是卡(cal)及 BTU，1948 年國際度量衡大會決議採用焦耳(J)為 能量、功和熱量的共同單位。卡有三種不同的定義： 1 IT 卡(International Table calorie) = 4.1868 J 1 熱化學卡(Thermochemical calorie) = 4.1840 J 1 十五度卡 = 4.1860 J 在物理實驗中的卡多數指 15°卡。 本實驗以相當簡單的方式，讓同學體驗 Joule 的歷史性工作的一部分。