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1、用混合量热法测定冰的熔解热 【目的要求】 1 正确使用量热器，熟练使用温度计； 2 用混合量热法测定冰的熔解热； 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。 【引言】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。单位：。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与某已知热容的系统B相混
2、合，并设法使其成为一个与外界无热量交换的孤立系统 C=A+B。这样A（或B）所放出的热量将全部为B（或A）所吸收，因而满足热平衡方程：(18.1)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 及其热容C3 计算出来的：(18.2)于是，待测系统在实验过程中所传递的热量即可求得。冰的熔解热也就可以据此测定。由上所述，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，同时要求实验者本人在测量方法及实验操作等方面去设法保证。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。 【实验原理】质量M 、温度的冰块与质量m、温度 的水相
3、混合，冰全部熔解为水后，测得平衡温度为。假定量热器内筒与搅拌器的质量分别为 m1、m2 ，其比热容分别为 c1和 c2；数字式温度计之测温传感器（铂电阻测温探头）自身热容甚小，可忽略不计；水及冰的比热容分别为c 和ci（在400范围内， ）；冰的熔点为。则由热平衡方程可得：本实验条件下，冰的熔点可认为是0，也可选取冰块的温度= 0。于是，冰的熔解热可由下式求出：(18.3)由于量热器的绝热条件并不十分完善，实际实验系统并非严格的孤立系统，所以，在做精密测量时，就需设法求出实验过程中系统与外界交换的热量，以作适当的散热修正。本实验介绍一种粗略修正散热的所谓抵偿法。其依据是牛顿冷却定律。当系统的温
4、度高于环境温度时，它就要散失热量。实验证明：当温差较小（一般不超过15K ）时，（非自然对流）系统的散热制冷速率与温差成正比。此即牛顿冷却定律：(18.4)其中，dq 表dt 时间内系统与外界交换的热量。比例系数k 为一个与系统表面积成正比并随表面辐射本领而变的常数，称为散热常数。其物理意义为：单位温差下，单位时间的热量损失。其单位为：。负号的意义表示当系统温度高于环境温度时散失热量，即：，系统向外界放出热量；反之，系统从外界吸收热量。在实验过程中，如果恰当地将系统的初温和末温分别选择在室温的两侧，即：，并且使整个实验过程中系统与外界的热量传递前后彼此抵消，则可以达到散热修正之目的。量热器中水
5、温随时间的变化应该是一条指数下降的曲线，如图18-1所示。对式(18.4)求积分，即可得到由t1到t2（对应温度及）时间内，整个系统与外界交换的热量其中，表示图18-1中的阴影面积。由上式可见，当 时，实验过程中系统与外界交换的热量 q。因此，只要适当地选择参数，使曲线与环境温度 直线围成的两块面积近似相等，即：，就可以使系统很好地近似为一个孤立系统。由曲线可知，欲使 ，就必须使。实验前，应做出明确的计划，实验中注意选取及适当调整参数m, M及 等，使满足上式。但应注意到 的条件，否则，冰将不能全部熔解。 【仪器用具】量热器，NTY-2A型数字式温度计（25.0125.0） ，物理天平（或电子
6、天平)，玻璃皿，干拭布，冰及热水等。 【实验内容】测定冰熔解热的操作步骤由学生自己安排。粗选参数，先进行一次实验，在分析情况和结果的基 础上，调整并确定m、及M 的大致数值，然后仔细地重复实验。为进行散热修正，由投冰始，每间 隔10-20s记录一次温度，直至由温度的变化可以确认冰已全部溶解为止。如改用温度传感器并配合适 当接口，则可由微机自动记录t关系曲线。 【注意事项】 1 室温应取实验前、后的平均值；水的初温，可高出室温约10 15 ；配置温水时，又应略高于 约1 2 （为什么？）。 2 严守天平的操作规则。 3 投冰前应将其拭干，且不得直接用手触摸；其质量不能直接放在天平盘上称衡，而应由
7、投冰前、后量热器连同水的质量差求得。 4 注意掌握读取初温的时机。为测准 ，可在投冰前每隔一定时间（如1min）读，取45个点，再记下冰着水面的时间，即可用外推法较准确地确定出。 5 为使温度计示值确实代表系统的真实温度，整个实验过程中（包括读取前）要不断轻轻地进行搅拌（搅拌的方式应因搅拌器的形状而异）。 6 注意维护停表，使用各按钮时动作要轻。 7 上课时，要备直角坐标纸及铅笔，以便分析数据、调整参数、进行实验。 【考查题】 1混合量热法所要求的基本实验条件是什么？本实验是如何得到满足的？ 2本实验中的“热力学系统”是由哪些组成的？量热器内筒、外筒、温度计、搅拌器等都属于该热力学系统吗？ 3冰块投入量热器之前应做好哪些准备工作？投冰时应注意什么？ 4若粗测后发现面积，则它说明了什么？应怎样改变条件重做？ 5下述诸量：及M何时测量？怎样测量？ 6怎样由系统温度的变化推断冰已全部溶解？末温是如何确定的？作图时对应末温的时刻t2应如何确定？ 7哪些因素会影响 测量的准确性？实验中应怎样注意？ 8试定性说明下述情况给 的测量结果带来的影响。 （1） 测之前没有搅拌； （2） 测后到投冰之前相隔了一段时间； （3） 搅拌过程中有水溅出； （4） 冰未拭干就投入量热器； （5） 实验过程中打开量热器盖子看了看。
