冰的比熔化热的测量

课程名称：大学物理实验实验名称：冰的比熔化热测量实验地点：基础实验大楼508座位号：38实验时间：第2周星期四上午九点四十五分开始一、实验目的：1.理解熔化热的物理意义，掌握混合量热法测定冰的比熔化热。2.学会一种用图解法孤寂和消除系统散热损失的修正方法。3.熟悉集成温度传感器的特性及定标。TT'θJKT1T1'二、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℃，占保温杯容积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。设混合后系统达到热平衡的温度为T℃（此时应低于室温10℃左右），冰的溶解热由L表示，根据（1）式有ML+Mc1（T-T0）=（m1c1+m2c2+m3c3）（T1-T）因Tr=0℃，所以冰的溶解热为：11223311()()mcmcmcTTLTcM（2）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。为此整个实验在量热器内进行，但由于实验系统不可能与环境温度始终一致，因此不满足绝热条件，可能会吸收或散失能量。所以当实验过程中系统与外界的热量交换不能忽略时，就必须作一定的散热修正。牛顿冷却定律告诉我们，系统的温度Ts如果略高于环境温度（如两者的温度差不超过10℃-15℃），系统热量的散热速率与温度差成正比，用数学形式表示为【K为常数，与量热器表面积，表面情况和周围环境等因素有关】【散热修正】：通过作图用外推法可得到混合时刻的热水温度T1'，和热平衡的温度T'。图中AB和DE分别表示热水的温度和冰水混合后系统达到热平衡的温度随时间变化线段。纪录冰水混合后系统达到室温T0的时刻t0，图中面积BCG与系统向环境散热量有关，面积CDH与系统自环境吸热量有关。当面积BCG等于面积CDH时，过t0作t轴的垂线，与AB和DE的延长线分别交于J、K点，则J对应的温度为T1'，K对应的温度为T'。(隔15s或20s测一个点)三、实验仪器：量热器、药物分析天平、秒表、温度计、冰、烧杯、吸水纸、木夹子等四、实验内容和步骤：1.冰的比熔化热的测量（1）用冰箱制备零度的冰。（2）对纯冰的质量和水的初温、水的质量的初步考虑()sdQKTdt使水的初温比室温高约10至15摄氏度，水的终温应比室温低。要求初终温各自与室温的绝对差值大致相等。实验时，尚需注意水的终温不能低于当时的露点，否则周围的水汽将会凝结在量热器内筒的外壁上，并向待测系统释放热量。因此，实验前应测定露点，选择水的初温：水的体积占内筒的三分之一到二分之一为宜。（3）T-t曲线的测定按上述估算，在量热器内筒加入适量的水，并将水温加热至估计的初温值。用天平分别称出加水前后的量热器的质量。准备好冰块，按下秒表，开始记录水温与时间的关系，5~6min后，把准备好的冰块揩干投入水中，继续记录水温与时间的关系，直至温度上升5~6min后为止，测出加冰后量热器的质量。注意：测量过程盖子应盖好，还要不停地用搅拌器轻轻地搅拌内筒中的水，以保证热学系统的温度均匀，同时防止内筒中的水搅拌出外筒和桌上，以保持内筒中水的质量不减小；冰的质量m应测出末温T2后再称量。五、实验数据与处理：表格一实验主表格名称保温杯、搅拌棒以及温度计的质量加水后的质量加冰后总质量水的质量冰的质量符号单位m2(g)m2+m1(g)m2+m1+M(g)m1(g)M(g)数值330.8501567.5190.266.5表格二温度随时间变化数据表格(水的初温：40摄氏度)时间（min）1min2min3min3min15s3min20s3min25s3min30s3min38s3min43s3min48s温度(℃)39.839．739.628252017151312时间（min）3min53s4min4min10s4min20s4min30s4min40s5min5min40s6min6min30s温度(℃)1110.510.11010101010.110.210.3时间（min）7min30s8min30s温度(℃)10.410.5图表：由图知：t1=39.5t2=8.9又因为11223311()()mcmcmcTTLTcM所以，带入数据可知：L=3.286103J/(kg·oC)六、误差分析：1.保温杯的性能不够好，还是存在和外界的热交换。2.实验时的动作不够迅速。3.冰的量放得太多，导致温度变化过快。4.读数时不够准确，也存在反应时间。七、思考题：1.水的初温与室温和终温的差大致相等。2.将冰从制冰机取出后静置一分钟左右。取出冰块后应该先进行其它测量，再测冰块的质量。3.必须保证和外界的交换小，防止系统热量和质量流失。本实验选用保温性能好的仪器，使用环形搅拌棒，实验过程中尽量保证实验速度快。4.不能，温度计也存在质量。它的的温度也会发生变化。八、附上原始数据：