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1、冷却法测量金属比热容,实验目的:1.了解牛顿冷却定律2.掌握冷却法测量金属比热容的方法,实验仪器:金属比热容测定仪,实验原理:1.比热容:单位质量的物质,其温度升高1K(oC)所需的热量叫做该物质的比热容,其值随温度而变化。2.牛顿冷却定律:当物体表面与周围存在温度差时,单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比。,根据牛顿冷却定律,若已知标准样品在不同温度的比热容,通过作冷却曲线可测量各种金属在不同温度时的比热容。本实验以铜为标准样品,测定铁、铝样品在100oC 或200oC时的比热容。,将质量为M1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
2、量损失()与温度下降的速率成正比,于是得到下述关系式:式中C1为该金属样品在温度 时的比热容,为金属样品在 时的温度下降速率。,根据冷却定律有:式中a1为热交换系数,S1为该样品外表面的面积,m为常数,为金属样品的温度,为周围介质的温度。联立以上两式,可得:,同理,对质量为M2,比热容为C2的另一种金属样品,可有同样的表达式:,如果两样品的形状尺寸都相同,即S1=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。于是当周围介质温度不变(即室温 恒定而样品又处于相同温度)时,上式可以简化为:,如果已知标准金属样品的比热容C1质量M1;待测样品的质量M2及两
3、样品在温度 时冷却速率之比,就可以求出待测的金属材料的比热容C2。,几种金属材料的比热容见表1:(P200),单位:,实验仪器介绍,A、热源、B、实验样品(直径5mm,长30mm的小圆柱)、C、铜-康铜热电偶、D、热电偶支架、E、防风容器、F、三位半数字电压表、G、冰水混合物组成。,实验步骤:,1.用铜-康铜热电偶测量温度,由数字电压表mV数查表即可换算成温度。2.将三种金属样品(铜、铁、铝)用物理天平质量M,再根据MCuMFeMAl这一特点,把它们区别开来。,3.使热电偶热端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200 时,切断电源移去电炉,样品继续安放在与外界基本隔绝的金属圆筒内自然冷却(筒口须盖上盖子)。当温度降到接近102 时开始记录,测量样品由102 下降到98 所需要时间。按铁、铜、铝的次序,分别测量其温度下降速度,每一样品重复测量5次。,利用简化后的公式:计算铁和铝的比热容,选取铜的比热容0.0940cal/(goC)计算。,实验数据处理1.将数据填入下表,2.利用公式:计算铁和铝的比热容,温度,温度,附:热电偶分度表,