测定冰的溶解热--实验报告

实验组号：二下三组组内编号：三组三号
测定冰的熔化热---实验报告
实验题目：测定冰的熔化热
目的要求：
（1）了解热学实验中的基本问题——量热和计温。

（2）了解粗略修正散热的方法。

（3）学习进行合理的实验安排和参量选择。

仪器用具：
（1）量热器
（2）电子天平：最大称量为1000g，最小分度值为0.01g，允许误差为0.02g，稳定时间为3S。

（3）数字温度器：测温范围为-25~125，误差允许为0.1，四位半数字显示。

（4）秒表
（5）毛巾，干拭布
实验原理：
（1）一般概念
熔点：一定压强下晶体物质熔化时的温度，亦该物质的固态和液态可以共存的温度。

熔化热：单位质量的晶体物质在熔点时从固态全部变成液态所需要的热量。

热传递热量的三种方式：传导，对流，和辐射。

混合热法：将两系统A和B组成一个独立的系统C，则A（或B）所放出的热量，全部为B（或A）所吸收的热量，设传递热量为Q，热容为C，温度变化，则有Q=C。

（2）装置简介：
量热器（如图）
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组成：由良导体做成的内筒置于一个较大的外筒中组成，通常在内筒中放水，温度计及搅拌器。

使系统接近于孤立系统的方法：量热器置于绝热架上，外筒用绝热盖盖住，空气与外界对流很小，将内筒和外筒的外壁电镀得十分光亮，使辐射减少。

（3）实验原理
本质原理为热的传递，即遵守能量守恒定律。

公式：
(吸热)()()()( )（散热）
()()()( )
其中L为冰的溶解热，水的质量为m，冰的质量为M，量热器的内筒和搅拌器的质量分别为和。

冰的初始温度为，实验环境下的熔点为，水的初始温度为，冰和水混合后的平衡温度为，量热器的内筒和搅拌器的比热容分别为和，温度器的热容为，水和冰的比热容为和。

其中==0.389 ( ), ( ),
( ),在我们的实验条件下，粗略认为=0。

又在本实验中，数字温度计的传感器进入待测系统部分的热容相对试验系统很小，可以忽略不计。

所以
实验组号：二下三组组内编号：三组三号(( ) )()
（4）注意事项：
校正电子天平时不能用手直接握标准砝码
不应当直接用手去把握量热器的任何部分；
不应当在阳光的直射照射下或者空气流动太快的地方进行实验；
尽可能使系统与外界温度差小，并且尽量使实验过程进行得迅速；（5）粗略修正散热的方法
根据牛顿冷却定律的数学形式：
（）
其中是系统散失的热量，是相应的时间间隔，K是散热常数，它与系统表面积成正比并随表面的吸收或发射辐射热的本领而变，T和分别是我们所考虑的
系统及环境的温度，称为散热速率。

粗略修正的方法本质在于设法使整个实验过程中系统与环境间的热量传递彼此抵消，所以要求水的初温比环境温度高，末温比环境温度低。

如图：
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调整初温，末温，和环境温度相差的幅度（较难实现），使S A=S B，所以要求（T2-）>（T3）。

（6）修正初温和末温的方法：
如图：
在投入冰块前，系统的温度沿T2’’ T2变化，在冰块完全溶化后，系统温度沿
T3 T3’’变化，作图使S1+S2=S3，然后用T2’代替 T2，T3’代替 T3，然后求得L。

这样做的理由是：系统吸收的热量相当于面积S=S2+S5-S4，使用代替之后，系统共吸收的热量相当于S’=S3+S5-S1-S4，又因为S1+S2=S3，所以推得S’=S，这说明新的温度曲线与实际的温度曲线是等价的。

实验内容：
（1）测定冰的熔化热：
实验步骤：
1，将电子天平按照说明书进行校正。

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2，测量搅拌器和量热器的内筒作为整体称量其质量，将量热器盛适量和适度温度的水，并称量其总质量，水的质量为总质量减去搅拌器和量热器内筒的质量，冰的质量可由冰融化后，冰加水的质量减去水的质量求得。

3，将各实验仪器仪器组成一个完整的量热器。

4，在放入冰前，每隔十秒测量水的温度，并将其他仪器的初始温度认为为水的初始温度。

5,测冰的初始温度。

6,放入冰，此过程要求迅速，防止与外界过多的发生热交换，每隔10秒测量温度，收集数据，同时轻轻搅拌冰水混合物，发现数字温度计上的数值下降，当温度持续30秒稳定时，认为系统达到热平衡。

7,测出冰的质量。

8，根据公式(( ) )()，求出L。

（2）测定实验过程中系统温度随时间的变化：
每隔一定时间测系统温度，根据数据，作T-t图。

1，用粗略修正散热的方法：适当选择T2和T3，使系统散热和吸热大体相抵。

2，用修正初温和末温的方法
（3）现象：数值温度计的示值下降。

（4）变化规律及解释：将量热器盖好，插入数值温度器时，示值将明显上升，此段数据是无效的，然后趋于稳定，在放入冰前，由于水的温度大于环境温度，所以温度又会缓慢的下降，加入冰后，待测系统发生热交换，温度迅速下降，当热交换趋于结束时，温度趋于稳定，此时系统达到热平衡。

数据表格：
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冰的温度及环境温度
数据处理及结果（结论）：
由上述数据知，M=24.15g，m=121.55g，39.2，=-24℃，=20.7℃，=144.96g，
由公式(( ) )()
算得L=302.68J/g。

根据老师上课所讲正常范围为290-330 J/g，所以这一数值还是较为合理的。

实验组号：二下三组组内编号：三组三号下面将根据数据做出T-t图，并进行相关修正：
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修正之后’=38℃，’=19℃，代入公式
得L=321.48 J/g。

讨论：
对实验提出几点讨论，
将实验数据用excel做出散点图，并用平滑的曲线连接，发现图形的总体趋势还是比较合理的。

但发现了如下问题
（1）在实验的开始阶段加入热水后插入温度计进行测量，发现温度计的示数上升，这是由于刚开始温度计置于温度较低的空气中造成的，而后示数区于缓慢下降，当然最前面的数据在处理时也是无效的，对实验的精度并没有太大的影响，提出来是因为书上未提到这一点可能带来的实验误差。

（2）从加入冰后每隔十秒进行测温，得到数据画出曲线后发现曲线的下降形状并没有书上的优美，平滑，反而有点跌宕，考虑当时实验的操作情况，原因可能是，第一，搅拌的速度不匀，在试验中发现，温度下降的快慢既和物质的温度差有很大的关系，也和搅拌的速度有很大的关系，而由于搅拌的速度无法用定量衡量，而只能定性，在实验的过程中也没有太注重搅拌强度的均匀，导致曲线并不是非常平滑。

第二，测量的时间间隔存在一定的误差，由于当时采用秒表计时，秒表是较为准确的，但由于人的主动判断，可能会有1-2s的误差，而这也将对实验数据产生一定的影响。

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（3）另外，在实验中产生误差的情况还有，1，由于实验装置和储冰罐存在一定的距离，所以在加入冰的过程消耗了一定的时间，发生了冰与外界的热交换。

2，在处理数据时，由于对相关处理数据的方法，以及对相关处理数据的科研软件不太了解，所以并没有太大的进行拟合，在拟合之后可能有利于提高数据的精度。

3，在修正时，由于要使S1+S2=S3，存在一个主观判断过程，这也是对相关软件的不熟悉引起的，所以后来采用autocad2012粗略的作图，进行了不太准确的修正。

（4）另外，实验报告中的作图可能存在一定的不规范性，希望老师以后能够开设相关专题，对于数据的处理以及作图进行讲解，这确实也是我们存在的一个短板。

作业题：题略
1，保持系统是一个孤立系统。

仪器：量热器置于绝热架上，外筒用绝热盖盖住，空气与外界对流很小，将内筒和外筒的外壁电镀得十分光亮，使辐射减少。

实验安排：合理选择水的初温，并进行修正。

操作：不应当直接用手去把握量热器的任何部分；
不应当在阳光的直射照射下或者空气流动太快的地方进行实验；
尽可能使系统与外界温度差小，并且尽量使实验过程进行得迅速；2，
因为没搅拌所以T2大于真实值，所以L偏大
因为在投入冰前测量T2，所以大于真实值，所以L偏大
因为m偏小，所以L偏大
因为M大于真实值，m小于真实值，所以L偏小。

因为蒸发使T3小于真实值，所以L偏大
3，因为（），则可以根据此式定性求出K的变化，有c0m T=（）
所以
K=
（）
所以有S A>S B,所以Q散>Q放，所以L偏大。

4，分析如下，
()()( ) ()
测
实验组号：二下三组组内编号：三组三号测
(( ) )()
而真实情况
（）()（）实（）()
()( )
所以
实（）(( ) )()
（）
测-
实
=
（）
(( ) )()
测
（）
因为
测
，而x，
所以
测
-x。