冷却法测量金属的比热容
【实验目的】
（1）测量固体的比热容。
（2）了解固体的冷却速率与环境之间的温差关系，以及进行测量的实验条件。
【实验仪器】
本实验装置是金属比热容测量仪；实验样品是直径5mm.长30mm的小圆柱, 其底部深孔中安放铜一康同热电偶。
【实验原理】
单位质量的物质，其温度升髙1K （或11）所需的热量叫该物质的比热容, 其值随温度而变化，将质量为的金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如室温的空气）中，样品将会逐渐冷却，其单位时间的热量损失今）应与温度下降速率成正比，由此到下述关系式：
< Ar 丿］
式中G为该金属样品在温度q时的比热容，—；为金属样品在温度q时的
△/丿】
温度下降速率，根据冷却定律有：
Ar
式中，5为热交换系数，5为该样品外表面的面积，加为常数，仇为为金
属样品的温度，％为周围介质的温度。由式①和②，可得:
3 才"Sg —qy
③
同理，对质量为比热容为G 的另一种金属样品，有:
CM 込= a$3-ay
-A/
由式③和式④，可得:
A n
Q = G —
备 ----
如果两样品的形状尺寸都相同，即S|=S2；两样品的表面状况也相同（如涂 层、色泽等），而周围介质（空气）的性质当然也不变，则有5=勺。于是当周 围介质温度
不变（即室温九恒定，而样品又处于相同温度0^02=0）时，上式
可以简化为：
i
△&
^1(—)! G 一 G 鸽 2
1 A0 M,p)2
At
如果已知标准金属样品的比热容G ，质量M 「待测样品的质量及两样品
在温度&时冷却速率之比I Z 力和，山丿2,就可求得待测金属的比热容G 。
已知铜在10（TC 时的比热容为：C cu =393J.（^.°C）-*.
【实验内容】
1. 测量铁和铝在io （rc 时的比热容。 步骤：
（1）选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三种金属样品（铜、铁、铝） 用物
理天平或电子天平秤出它们的质量M （> o 再根据M" >M &
这一
CM
Ar _（忖2（&2 -
&0）"
心㈣一久丫"
实验误差系数0=
905-768.1
xl00% = 15.13%
特点，把它们区别开来。
(2)使热电偶的铜导线与数字表的正端相连，冷端铜导线与数字表的负端相 连。当数字电压表读数为某一定值即20CTC (~)时，切断加热电源移去加热 源，样品继续放在有机玻璃圆筒内自然冷却。当温度降到接近1021时开始记 录，测量样品从1021降到9&C 所需要的时间。每种样品重复测量5次。
【实验数据】
样品质量：M c “ = g； M« = g； M 川=g o 热电偶冷端温度：o 样品由102
下降到98 X 所需时间(单位为S)
以铜为标准:c {=c Cu =393J.(kg^cy }. 铁： c, = C, = 484. 铝： G = G
5 = 768. V •(炀・y)7.
1
"
【误差分析】
查资料得Fe 在1009 C 下的比热容为C 斤理=460丿•伙g 「C)3
A1在1009 C 下的比热容为“理=905八伙g 「C)"・ 实验误差系数Q=
484.1-460
460 x 100% = 5.24%
对误差产生的原因估计有：
1.计时造成的误差：通过肉眼判断计时开始与结束的时间，不够精确，存在误差
2.室温变化造成的误差：实验中要求室温不变，但随着金属不断放热，室温很可能会升高，则室温从0升高到夕，查阅资料，比热容的计算式应修改成 C 空⑷二&丁 ,其中“为常数，且八＞[,使测量值比实际值偏大，但实际情况却为偏小，说明室温变化较小，其他误差占主导因素。
3.热电偶冷端温度的变化：由于未及时向冷端加入冰块，使得冷端温度有少许升高，从而导致测量所得时间偏大
4・金属比热容测量仪的传感器响应时间可能存在少量误差
