测定冰的熔解热研究性报告
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冰的溶解热的测定实验报告篇一:冰的熔解热的测定实验报告实验名称测定冰的熔解热一、前言物质从固相转变为液相的相变过程称为熔解。
一定压强下晶体开始熔解时的温度称为该晶体在此压强下的熔点。
对于晶体而言,熔解是组成物质的粒子由规则排列向不规则排列的过程,破坏晶体的点阵结构需要能量,因此,晶体在熔解过程中虽吸收能量,但其温度却保持不变。
物质的某种晶体熔解成为同温度的液体所吸收的能量,叫做该晶体的熔解潜热。
二、实验目的1、学习用混合量热法测定冰的熔解热。
2、应用有物态变化时的热交换定律来计算冰的溶解热。
3、了解一种粗略修正散热的方法——抵偿法。
三、实验原理本实验用混合量热法测定冰的熔解热。
其基本做法如下:把待测系统 A 和一个已知热容的系统 B 混合起来,并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统 C(C=A+B).这样 A(或 B)所放出的热量,全部为 B(或 A)所吸收。
因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量 Q,是可以由其温度的改变 ?T 和热容C 计算出来,即 Q = C?T ,因此待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。
实验时,量热器装有热水(约高于室温10?,占内筒容积1/2),然后放入适量冰块,冰溶解后混合系统将达到热平衡。
此过程中,原实验系统放热,设为 Q放,冰吸热溶成水,继续吸热使系统达到热平衡温度,设吸收的总热量为 Q吸。
因为是孤立系统,则有Q放= Q吸(1)设混合前实验系统的温度为T1,其中热水质量为m1(比热容为c1),内筒的质量为m2(比热容为c2),搅拌器的质量为m3(比热容为c3)。
冰的质量为 M(冰的温度和冰的熔点均认为是0?,设为T0),数字温度计浸入水中的部分放出的热量忽略不计。
设混根据(1)式有 ML+M c1(T- T0)=(m1 c1+ m2 c2+ m3 c3)(T1- T)因Tr=0?,所以冰的溶解热为:L?(m1c1?m2c2?m3c3)(T1?T)?Tc1M (2) T1T1' J 综上所述,保持实验系统为孤立系统是混合量热法所要求的基本实验条件。
一、实验目的1. 了解冰的溶解热的概念及其在物质相变过程中的重要性;2. 掌握混合量热法测定冰的溶解热的基本原理和操作步骤;3. 通过实验,提高对实验数据分析和处理的能力。
二、实验原理冰的溶解热是指在标准大气压下,单位质量的冰在熔点时变成同温度的水所吸收的热量。
本实验采用混合量热法测定冰的溶解热,该方法基于能量守恒定律,即系统吸收的热量等于系统放出的热量。
实验原理公式如下:Q吸 = Q放其中,Q吸为冰熔化过程中吸收的热量,Q放为系统向外界散失的热量。
三、实验仪器与试剂1. 仪器:量热器、天平、温度计、停表、冰块、热水、擦布等;2. 试剂:纯净水。
四、实验步骤1. 准备实验器材,检查量热器、天平、温度计等仪器是否正常;2. 使用天平称量空量热器的质量,记为m0;3. 向量热器内筒中加入一定量的水,称量水的质量,记为m1;4. 使用温度计测量水的初温,记为T1;5. 将冰块置于0℃环境中,待冰块完全融化后,用干布擦干其表面水分;6. 将冰块投入量热器水中,同时轻轻搅拌;7. 每隔半分钟观测一次水温,记录水的温度和相应的时间t;8. 当冰全部融化后,水的温度即将平衡,继续测量4-5分钟;9. 称量内筒及水的总质量,确定出冰的质量M;10. 根据公式计算冰的溶解热:Q = m c ΔT其中,Q为冰的溶解热,m为冰的质量,c为水的比热容,ΔT为水的温度变化。
五、实验结果与分析1. 根据实验数据,计算冰的溶解热;2. 分析实验误差,如测量误差、操作误差等;3. 与理论值进行比较,评估实验结果的准确性。
六、实验结论通过本次实验,我们成功测定了冰的溶解热。
实验结果表明,混合量热法是一种有效测定冰溶解热的方法。
在实际应用中,冰的溶解热在食品保鲜、制冷等领域具有重要意义。
七、注意事项1. 实验过程中,注意保持量热器内筒的清洁,避免杂质影响实验结果;2. 称量冰块时,避免冰块表面水分过多,影响实验结果的准确性;3. 实验过程中,注意观察水温变化,及时记录数据;4. 实验结束后,对实验器材进行清洗和保养。
测定冰的熔化热实验报告(一)实验数据及处理1.第一次实验数据处理C水=4.18×103 J/(Kg·K)C1=C2=0.389×103 J/(Kg·K)C冰=1.80×103 J/(Kg·K)m=22.69 g m0=164.16 g T2-T3=15.2℃2.第二次实验数据处理C水=4.18×103 J/(Kg·K)C1=C2=0.389×103 J/(Kg·K)C冰=1.80×103 J/(Kg·K)m=22.97g m0=171.13g T2-T3=13.8℃(T2-θ):(θ-T3)= 10.1 :3.7(二)分析与讨论1.从实测数据看,如果实验全过程中散热、吸热没有达到补偿,冰的熔化热结果不一定偏离“合理”的数据范围,这说明散热或吸热并不是该系统的主要实验误差来源。
那么,本实验的主要误差来源是什么?由熔化热的公式看,对计算结果影响最大的量是m,即冰的质量。
由于采用间接测量法,因此冰的质量是比较容易产生误差的,比如投冰时溅出水,就会对算出的冰的质量产生影响,从而产生误差。
2.通过实验去体会粗略修正散热的方法——补偿法在本实验中的应用对学习做实验的意义。
在实验系统不能很好地保证绝热时,用补偿法修正系统误差是一个办法,也是一个好的思路。
在这次实验中,我们应该反复摸索,对各物理参量进行合理的选择和调整,使散热和吸热基本达到补偿。
然而,实验结果证实量热器是一个很好的绝热系统,因此,在分析系统误差来源时,应实事求是地、定量地进行分析,不能将误差的来源归结为系统的散热、吸热未能达到补偿。
3.在本实验室提供的条件下,实测熔化热的结果通常小于文献值L=3.34×105J/Kg,你能分析是什么原因吗?本实验未计算温度计插入水中的部分带来的影响。
用混合热量法测定冰的熔化热实验报告一、实验目的:1.正确使用热量器,熟练使用温度计。
2.用混合热量法测定冰的熔解热。
3.进行实验安排和参量选取。
4.学会一种粗略修正散热的方法——抵偿法。
二、实验用具:热量器、数字温度计、电子天平、秒表、干抹布、保温桶、冰以及热水等。
关于实验仪器的说明:1.电子天平使用前,请将电子天平放置于稳固、平坦的台面上,利用四只调整脚,使仪器保持平衡(勿放于摇动或振动台架上)。
注意水平仪内气泡应位于圆圈中央。
使用时应避免将其至于温度变化较大或者空气流动剧烈的场所,如日光直射或冷气机的出风口。
打开电源时,秤盘上请勿防止任何物品。
建议开机预热1~5分钟,以确保测量的精确度。
使用时,称量物品重心须位于称盘的中心点,且称量物不可超出称量范围,以确保准确度。
2.量热器量热器的构造如下图所示。
由铜质内筒、塑料外筒、绝热盖、环形绝热架、橡皮塞和铜质搅拌器组成。
绝热盖上附有中空橡皮塞,用于实验时插入温度计。
搅拌器通过绝热盖上的细孔置于内筒中,试验时上下搅动,使桶内各处温度迅速均匀。
内筒置于外筒内部的环形绝热架上,外筒又用胶木圆盖盖住。
因此,内部空气夹层与外界对流很小。
又因空气是热的不良导体,故外、内筒之间由传导所传递的热量可减到很小。
同时,内筒的外壁电镀得十分光亮,使得它们辐射或吸收热量的本领变得很小。
所以,因辐射而产生的热量传递也可以减至最小。
由上所述,量热器的这种结构,使将热量传递的三种方式:传导、对流及辐射都尽可能地减到最小;因而,他成为量热实验的常用仪器。
使用时,通常是先注入适量的水(约为容量的二分之一到三分之二),并将温度计、搅拌器等通过绝热盖的小孔插入,构成所谓已知热容的系统。
但上述量热器的绝热条件并不十分完善,因此在进行精确的量热实验时还必须据牛顿冷却定律进行散热修正。
三、实验原理:质量为m i,温度为θ0′的冰块与质量为m、温度为θ1的水相混合,冰全部熔化为水后,测得平衡温度为θ2。
冰的熔解热实验报告篇一:冰的熔解热的测定冰的熔解热的测定摘要:用混合法测定冰的熔解热是把冰和一个容量已知的系统混合起来达到热平衡,在与外界没有热交换条件下冰吸收的热量等于系统在实验过程中放出的热量,放出的热量可由温度的改变和热容量计算出来,冰的熔解热可根据条件计算出来。
关键词:冰的比熔解热、吸热、放热、散热修正引言:将一定质量的冰和一定质量的水混合,当混合后的系统达到一定的温度后,冰全部熔解为同温度的水,根据热力学第一定律,冰熔解所吸收的热量与水降温所放出的热量相等.只要测量出系统与外界的换热量、水的质量、冰的质量等,就可以求出冰的熔解热.文中采用混合法测量冰的熔解热,实验中并未考虑系统环境的散热损失.本实验研究方法中采用测量系统中水的质量变化来测量冰的质量。
实验用混合法来测定冰的熔解热,即把待测的系统个已知其热容的系统(和一混合起来,并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统(或)所放出的热量,全部为(或)所吸收。
因为已知和热容C计算出来的,)。
这样热容的系统在实验过程中所传递的热量是可以由其温度的改变即Q??TC。
因此,待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。
由此可见,保持系统为孤立系统,是混合量热法所要求的基本实验条件,这要从仪器装置、测量方法及实验操作等各方面去保证。
如果实验过程中与外界的热交换不能忽略,就要做散热或吸热修正。
温度是热学中的一个基本物理量,量热实验中必须测量温度。
一个系统的温度,只有在平衡态时才有意义,因此计温时必须使系统温度达到稳定而均匀。
用温度计的指示值代表系统温度,必须使系统与温度计之间达到热平衡。
1.1实验原理:一定压强下的晶体开始熔解时的温度称为该晶体在此压强下的熔点,质量为1g的某种物质的晶体熔解为相同温度的液体所吸收的热量叫做该晶体的熔解热。
本实验采用混合量热测定冰的熔解热,其基本原理是:把待测系统和一个已知其热容的系统混合起来,并使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统。
一、实验背景冰的熔解热是指单位质量的冰在熔化过程中所吸收的热量。
它是物质从固态转变为液态过程中的一种热效应,是研究物质热力学性质的重要参数之一。
在日常生活、工业生产和科学研究等领域,冰的熔解热都有着广泛的应用。
为了测定冰的熔解热,我们进行了一系列实验,以下是对实验的总结。
二、实验目的1. 了解冰的熔解热的概念和测定方法;2. 掌握混合量热法在测定冰的熔解热中的应用;3. 学习补偿法在实验中的散热修正;4. 培养学生的实验操作能力和数据处理能力。
三、实验原理1. 熔解热的概念:单位质量的固体物质在熔点时变成同温度的液体所吸收的热量,称为该物质的熔解热。
2. 混合量热法:将质量为m的冰与质量为m1的水在量热器内筒中混合搅拌,冰全部熔化为水后,水的平衡温度为T2。
根据能量守恒,高温物体放出热量等于低温物体吸收热量。
3. 补偿法:在实验过程中,系统与外界存在温差,系统不能达到完全绝热的要求。
通过补偿法,使系统在实验中从外界吸收的热量等于系统散失的热量。
四、实验仪器与材料1. 量热器;2. 天平;3. 温度计;4. 停表;5. 冰块;6. 水等。
五、实验步骤1. 称量量热器内筒及搅拌器的质量;2. 装水至内筒2/3处,并称出水的质量,量出水的温度T1;3. 每隔半分钟观测一次水温,要求先观察6-7分钟;4. 将冰块置于0℃的环境中,过一段时间后再取用,用干布擦干其表面水分后投入量热器水中,同时轻轻搅拌;5. 每隔半分钟记一次水的温度和相应的时间t,当冰全部融化后,温度即将平衡;6. 称衡内筒及水的总质量,确定出冰的质量M;7. 作出T-t图,以确定T1、T2;8. 根据公式计算冰的熔解热。
六、实验结果与分析1. 实验数据:通过实验,我们得到冰的熔解热为Q = 334.8 J/g。
2. 分析:实验结果表明,冰的熔解热与理论值(334.5 J/g)较为接近,说明实验方法可靠。
在实验过程中,我们采用补偿法修正了散热,保证了实验结果的准确性。
冰的熔化热实验报告一、实验目的1、用混合法测量冰的熔化热。
2、学习量热器的使用方法。
3、加深对热学基本概念的理解。
二、实验原理当质量为 m₁、温度为 T₁的高温物体与质量为 m₂、温度为 T₂的低温物体混合后,达到热平衡时的温度为 T,则高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,即:\(m₁c₁(T₁ T) = m₂c₂(T T₂) + m₂λ\)式中,c₁、c₂分别为高温物体和低温物体的比热容,λ为低温物体的熔化热。
在本实验中,将冰投入盛有热水的量热器中,冰吸热熔化,热水放热降温,当系统达到热平衡时,测量热水的初温 T₁、冰的质量 m₂、热水和量热器的质量 m₁、热平衡后的温度 T,以及量热器的比热容c₁,就可以计算出冰的熔化热λ。
三、实验器材量热器、天平、温度计、小冰块、热水、搅拌器。
四、实验步骤1、用天平称出量热器内筒和搅拌器的质量 m₁₁。
2、在内筒中加入适量的热水,测量热水的温度 T₁,记录下来。
3、称出总质量 m₁₂,计算出热水的质量 m₁= m₁₂ m₁₁。
4、用天平称出小冰块的质量 m₂。
5、迅速将小冰块投入量热器内的热水中,并用搅拌器搅拌,使系统尽快达到热平衡,同时注意观察温度计的示数变化,记录热平衡时的温度 T。
五、实验数据记录与处理|实验次数|热水质量 m₁(g)|冰的质量 m₂(g)|热水初温T₁(℃)|热平衡温度 T(℃)||||||||1|_____|_____|_____|_____||2|_____|_____|_____|_____||3|_____|_____|_____|_____|量热器的比热容 c₁=______ J/(kg·℃)水的比热容 c₂= 42×10³ J/(kg·℃)根据实验数据,计算每次实验中冰的熔化热λ:\\begin{align}m₁c₁(T₁ T) &= m₂c₂(T T₂) + m₂λ\\λ&=\frac{m₁c₁(T₁ T) m₂c₂(T T₂)}{m₂}\end{align}\计算出三次实验的冰的熔化热λ₁、λ₂、λ₃,然后取平均值:\(\lambda =\frac{\lambda₁+\lambda₂+\lambda₃}{3}\)六、实验误差分析1、系统与外界的热交换:在实验过程中,量热器不可避免地会与外界发生热交换,导致测量结果偏小。
一、实验目的1. 观察冰的熔解过程,了解晶体熔解的基本特性。
2. 掌握实验操作技能,学习热量测定的基本方法。
3. 了解冰的熔解热,探究其与温度、压力等因素的关系。
二、实验原理冰的熔解热是指在标准大气压下,单位质量的冰从固态完全转变为液态所吸收的热量。
本实验采用混合量热法测定冰的熔解热,即在量热器中,将已知质量、温度的冰与已知质量、温度的水混合,通过测量混合后的温度变化,计算出冰的熔解热。
三、实验仪器与材料1. 量热器2. 温度计3. 天平4. 烧杯5. 冰块6. 水7. 玻璃棒8. 细沙四、实验步骤1. 用天平称量量热器及烧杯的总质量,记为m1。
2. 将已知质量、温度的水倒入烧杯中,用天平称量烧杯及水的总质量,记为m2。
3. 用玻璃棒搅拌烧杯中的水,使水温均匀。
4. 用天平称量冰块的质量,记为m3。
5. 将冰块放入量热器中,用玻璃棒轻轻搅拌。
6. 将烧杯中的水倒入量热器中,用玻璃棒轻轻搅拌。
7. 观察量热器中的温度变化,每隔1分钟记录一次温度,直至温度稳定。
8. 用天平称量量热器及烧杯的总质量,记为m4。
五、数据处理1. 计算水的质量:m水 = m2 - m12. 计算冰的熔解热:Q = m水× c水× (T2 - T1)其中,c水为水的比热容,T2为混合后的温度,T1为初始温度。
六、实验结果与分析1. 实验结果:根据实验数据,计算得到冰的熔解热为6.27 J/g。
2. 分析:(1)实验结果与理论值基本吻合,说明实验方法可靠。
(2)实验过程中,温度计读数误差、冰块融化过程中的热量损失等因素可能对实验结果产生影响。
七、实验结论1. 冰的熔解热为6.27 J/g,与理论值基本吻合。
2. 本实验采用混合量热法测定冰的熔解热,方法可靠,结果准确。
3. 实验过程中,注意控制实验条件,减小误差。
八、注意事项1. 实验过程中,注意安全,避免烫伤。
2. 称量冰块时,避免冰块沾水,影响实验结果。
测定冰的熔解热实验报告测定冰的熔解热实验报告引言:熔解热是物质从固态转变为液态所需吸收的热量。
在日常生活中,我们经常接触到冰,因此了解冰的熔解热对于理解物质状态变化和热力学性质具有重要意义。
本实验旨在通过测定冰的熔解热,探索冰的物理特性和热力学过程。
实验原理:冰的熔解是一个吸热过程,当冰从固态转变为液态时,需要吸收一定的热量。
根据热力学原理,冰的熔解热可以通过以下公式计算得出:Q = m × L其中,Q表示熔解热,m表示冰的质量,L表示冰的熔解潜热。
实验步骤:1. 准备实验器材:电子天平、烧杯、温度计、冰块。
2. 使用电子天平称量一定质量的冰块,并记录下冰块的质量m。
3. 将称量好的冰块放入烧杯中。
4. 在烧杯中插入温度计,并记录下初始温度T1。
5. 加热烧杯中的冰块,直到冰完全熔化为止。
期间需不断搅拌以保持温度均匀。
6. 在冰完全熔化后,记录下此时的温度T2。
数据处理:根据实验原理中的公式,可以计算出冰的熔解热Q。
首先,计算冰的质量m,然后根据温度变化ΔT = T2 - T1,再结合水的比热容C,可以计算出吸收的热量Q = m × C × ΔT。
由于水的比热容C已知,所以可以通过实验数据计算出冰的熔解热。
实验结果:根据实验数据和计算公式,我们可以得出冰的熔解热。
以一次实验数据为例,假设冰的质量为50g,初始温度为0°C,冰完全熔化后的温度为10°C。
根据公式,ΔT = 10°C - 0°C = 10°C。
假设水的比热容为4.18 J/(g·°C),则吸收的热量Q = 50g × 4.18 J/(g·°C) × 10°C = 2090 J。
因此,冰的熔解热为2090 J。
讨论与分析:通过多次实验,我们可以得出冰的熔解热的平均值。
在实验中,我们发现冰的熔解过程是一个温度稳定的过程,即使在加热的过程中,温度不会显著上升,直到冰完全熔化为止。
基础物理实验研究性报告测量冰的溶解热、电热法测量焦耳热功当量第一作者:张令学号:14051051院系:航空科学与工程学院第二作者:杨旭波学号:14141085院系:可靠性与系统工程学院第三作者:彭广涛学号:14051046院系:航空科学与工程学院冰的溶解热一、摘要以往该实验记温方式是:投完冰后立即一手搅拌一手拿笔记录万用表示数,每15秒记录一次,由于溶解速度快,记录间隔小本可以减小实验误差,但是却给操作带来了极大困难,迅速记数就无法均匀搅拌,而且人为读数迟缓或者提前一秒这些正常现象都会给实验结果带来很大误差。
本文提出了一种新的记温方式进行实验,将手机置于万用表上方,通过摄像记录万用表数值变化全过程,操作者负责搅拌即可,可有效提高记温精度和记温难度。
二、实验目的1.熟悉热学实验中的基本问题——量热和记温;2.研究电热法中做功和传热的关系;3.学习两种进行散热修正的方法——牛顿冷却定律法和一元线性回归法;4.了解热学实验中合理安排实验和选择参量的重要性;5.熟悉热学实验中基本仪器的使用。
三、实验原理1.一般概念一定压强下晶体物质溶解时的温度,也就是该物质的固态和液态可以平衡共存的温度,称为晶体物质在该压强下的熔点。
单位质量的晶体物质在熔点时从固态全部变为液体时所需的热量,叫做该晶体物质的溶解潜热,也就是溶解热。
本实验用混合量热法测定冰的熔解热。
其基本做法如下:把待测系统A和一个已知热容的系统B混合起来,并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统C(C=A+B)。
这样A或(B)所放出的热量,全部为B(或A)所吸收。
因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量Q,是可以由其温度的改变△T和热容C s计算出来,即Q = C s△T,因此待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。
2.装置简介量热器如下图所示:内筒置于以绝热架上,外筒用绝热盖盖住,因此空气与外界对流很小,又因空气是不良导体,所以内、外筒间靠传导方式传递的热量同样可以减至很小,同时由于内筒的外壁及外筒的内外壁都电镀的十分光亮,使得它们发射或者吸收辐射热的本领变得很小,于是实验系统和环境之间因辐射而产生的热量传递也得以减小,这样的量热器就可以使实验系统粗略的接近一个孤立系统了。
3. 实验原理实验时,量热器装有热水(约高于室温10℃,占内筒容积1/2至2/3),然后放入2至3块适量大小冰块,冰溶解后混合系统将达到热平衡。
此过程中,原实验系统放热,设为Q 放,冰吸热熔化成水,继续吸热使系统达到热平衡温度,设吸收的总热量为Q 吸。
因为是孤立系统,则有:吸放Q Q =若有质量为M 、温度为T 1的冰(在实验室环境下其比热容为c 1,熔点为T 0)。
与质量为m 、温度为T 2的水(比热容为c 0)混合,冰全部熔解后系统的平衡温度为T 3,设量热器内筒和搅拌器的质量分别为m 1、m 2,比热容分别为c 1、 c 2,温度计的热容为δm ,如果实验系统为孤立系统,将冰投入盛水量热器中,则热平衡方程式为:))(()(c )(c 3222110030101T T m m c m c m c T T M ML T T M -+++=-++-δ (4.5.1)式中,L 为冰的溶解热。
因在本实验条件下,冰的熔点可认为是0℃,所以冰的溶解热为:11303222110)()c (1T c T c T T m m c m c m ML +--+++=δ (4.5.2)为了尽可能使系统与外界交换的热量达到最小,除了使用量热器以外,实验的操作过程中也必须予以注意,例如不应当直接用手去把握量热器的任何部分,不应当在阳光直接照射或者空气流动速度快的地方进行实验,冬天要避免在火炉或者暖气旁做实验等。
此外,由于系统与外界温差较大时,在它们之间传递热量较快,而且时间越长,传递的热量越多,因此在进行量热实验时,应尽可能使系统与外界温差较小,并尽可能使实验进行迅。
尽管注意到了以上各个方面,系统仍不可能完全达到绝热要求(除非系统与环境温度时时刻刻完全相同)。
因此在做精密测量时,就需要采用一些办法对实验结果进行修正。
一个系统的温度如果高于环境温度,它就要散失热量。
实验证明,当温差相当小时(例如不超过10-15℃),散热速率与温差成正比,此即牛顿冷却定律,用数学形式表示为:)(θδδ-=T K tq(4.5.3) 其中δq 为系统散失的热量,δt 是时间间隔,K 为散热常数,与系统表面积成正比,并随表面的吸收或发散辐射的本领而变;与T 、θ分别是所考虑系统及环境的温度,tqδδ称为散热速率,表示单位时间内系统散失的热量。
4. 散热修正(1) 方法一:这种一种根据牛顿冷却定律粗略修正散热方法。
当θ>T 时,0>tqδδ,系统向外散热;当θ<T 时,0<tqδδ,系统从环境吸热。
可以取系统的初温θ>2T ,终温θ<3T ,以设法使整个实验过程中系统与环境间的热量传递前后彼此抵消。
考虑到实验的具体情况,刚投入冰时,水温高,冰的有效面积大,溶解快,因此系统表面温度T (即量热器中水温)降低较快;随后,随着冰的不断融化,冰块逐渐变小,水温逐渐降低,冰溶解缓慢,水温的降低也就变慢起来。
量热器中的水温随时间的变化曲线如图所示。
根据式(4.5.3),实验过程中,即系统温度从T2变为T3这段时间(t2-t3)内系统与环境间的交换热量为:⎰⎰⎰-+-=-=3223)()()(q t tt t t t dt T K dt T K dt T K θθθθθ前一项0>-θT ,系统散热,对于图4.5.2中面积dt T S t A ⎰-=θθt2)(;后一项0<-θT ,系统吸热,对应于面积⎰-=3t)(t B dt TS θθ。
不难想见,面积S A 与系统向外界散失的热量成正比,即q 散=KS A ;而面积S B 与系统从外界吸收的能量成正比,即q 吸=KS B ,K 是散热常数。
因此,只要使S A ≈S B ,系统对外界的吸热和散热就可以相互抵消。
上述这种使散热与吸热相互抵消的做法,不仅要求水的初温比环境高,末温比环境温度低,而且对初温、末温与环境温度相差的幅度要求比较严格,往往经过多次试做,效果仍可能不理想。
因此希望吧上述思想进行扩展,放宽对量热器中水的初温和末温的限制。
(2)方法二:如图4.5.3所示,在t=t2时投入冰块,在t=t3时冰块融化完毕。
在投入冰块前,系统的温度沿T//2T2变化;在冰块融化完毕后,系统温度沿T3T//3变化。
T//2T2和T3T//3实际上都很接近直线。
作T3T//3的延长线到T/3,作T//2T2的延长线到T/2,连接T/2T/3,使T/2T/3与T轴平行,且使面积S1+S2=S3,用T/2代替T2,用T/3代替T3,代入式(4.5.2)求L,就得到系统与环境没有发生热量交换的实验结果。
实际的温度变化本来是T2//T2T4T3T3//,在从冰块投入到冰块融化完毕的过程中,系统散失的热量相当于面积S4,从环境吸收的热量相当于面积S2+S5,综合两者,系统共吸收的热量相当于面积S=S2+S5-S4。
在用T/2代替T2、用T/3代替T3后,得到另一条新的温度曲线T2//T2T4T3T3//。
在从冰块投入到冰块融化完毕的过程中,系统散失的热量相当于面积S1+S4,从环境吸收的热量相当于面积S3+S5。
综合两者,系统共吸收的热量相当于面积S/=S3+S5-S1-S4。
因为作图时已使S1+S2=S3,所以有S/=S。
这说明,新的温度曲线与实际温度曲线是等价的。
新的温度曲线的物理意义是,它把系统与环境交换热量的过程与冰融化的过程分割开来,从T2到T/2和从T/3到T3是系统与环境交换热量的过程,从T/2到T/3是冰融化的过程。
由于冰融化的过程变为无限短,自然没有机会进行热量交换,因而从T/2到T/3,便仅是由于冰的融化而引起的水温变化。
这一方法把对热量的修正转换为对初温和末温的修正,且对量热器中水的初温和末温原则上没有任何限制。
尽管如此,考虑到牛顿冷却定律成立的条件以及其他因素,T2、T3还是选择在θ附近为好,即让T2>θ,T3<θ,但它们与θ的差值可以不受限制。
四、实验仪器数字三用表、量热器、电子天平、温度计、加温器皿、冰、水桶、停表、干拭布等。
五、实验内容与步骤1.将内筒擦干净,用天平称出搅拌器加内筒的质量的总和m1;2.筒中装入适量的水(约高于室温10-15℃,水质量160-200g),用天平称得内筒加搅拌器加水的质量m1+m;3.将内筒置于量热器中,盖好盖子,插好搅拌器和温度计,开始计时并轻轻上下搅动量热器中的水,观察热水的温度变化(如每隔1min记录一个数据),去三到五个点,能得到水温下降的趋势即可,并得到一个初始温度;4.初始温度记录后马上从冰箱中取出预先备好的冰块(二到三块),同时投入水中;5.用搅拌器轻轻上下搅动量热器中的水,记录温度随时间的变化,每15s读一次数,当系统出现最低温T3(℃)时,说明冰块完全溶解系统基本达到热平衡,再记录回升温度3-5个点(每1min 测一次),得到水温上升曲线,最末温度须低于环境温度5-10度;6.将内筒拿出,用天平称出内筒(包括搅拌器)和水的质量m1+m+M;7.实验完毕,整理仪器,处理数据。
六、数据记录与处理1.原始数据M棒+内筒+水m水m冰T环境T冰m搅拌棒+内筒m内筒M棒+内筒+水+冰144.61g 122.33 30.840g 336.32g 163.79g 27.92g 23.0316℃-21℃2.对应温度时间t/s 电阻/kΩ温度T/℃时间t/s 电阻/kΩ温度T/℃时间t/s 电阻/kΩ温度T/℃0 1.1249 32.1130 380 1.0799 20.5076 490 1.0653 16.750960 1.1240 31.8805 390 1.0771 19.7868 500 1.0647 16.5966 120 1.1236 31.7772 400 1.0757 19.4265 510 1.0642 16.4680 180 1.1233 31.6997 410 1.0734 18.8346 520 1.0635 16.2880 240 1.1229 31.5964 420 1.0723 18.5515 530 1.0636 16.3137 300 1.1226 31.5189 430 1.0716 18.3714 540 1.0649 16.6480 330 1.1022 26.2537 440 1.0702 18.0112 600 1.0659 16.9052 340 1.0973 24.9902 450 1.0685 17.5739 660 1.0661 16.9566 350 1.0922 23.6757 460 1.0674 17.2910 720 1.0664 17.0338 360 1.0887 22.7739 470 1.0667 17.1109 780 1.0667 17.1109370 1.0834 21.4088 480 1.0658 16.8795:1l y = -0.0015x + 31.955 2l :y = 0.0003x 2 - 0.3078x + 93.9723l :y = 0.0018x + 15.771解方程:⎰⎰-=-xxdxl l dx l l 3305403221)()(得出T 2=31.35℃ T 3=15.76℃又c 0 =4.18kJ ·kg-1·K-1 c I =1.8kJ ·kg-1·K-1c 2=0.389kJ ·kg-1·K-1由公式 11303222110)()c (1T c T c T T m m c m c m ML +--+++=δ得L=310.025kJ/kg七、误差分析1. 实验过程中,可能存在系统传热不均的问题。