冷却法测金属的比热容(实验报告)

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—康同热电偶。【实验原理】单位质量的物质，其温度升高1K（或1℃）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1M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（Qt）应与温度下降速率成正比，由此到下述关系式：111QCMtt①式中1C为该金属样品在温度1时的比热容，1t为金属样品在温度1时的温度下降速率，根据冷却定律有：1110()mQaSt②式中，1a为热交换系数，1S为该样品外表面的面积，m为常数，1为为金属样品的温度，0为周围介质的温度。由式①和②，可得：1111110()mCMaSt③同理，对质量为2M，比热容为2C的另一种金属样品，有：2222220()mCMSt④由式③和式④，可得：mmsasatMCtMC)()(01110222111222mmsatMsatMCC)()(01112202221112如果两样品的形状尺寸都相同，即12SS；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12aa。于是当周围介质温度不变(即室温0恒定，而样品又处于相同温度1=2)时，上式可以简化为:221112)()(tMtMCC如果已知标准金属样品的比热容1C，质量1M，待测样品的质量2M及两样品在温度时冷却速率之比1t和2t，就可求得待测金属的比热容2C。已知铜在100℃时的比热容为：1393().CuCJkgC【实验内容】1.测量铁和铝在100℃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0M。再根据CuM＞FeM＞AlM这一特点，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200℃（8.5~9.5mV）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102℃时开始记录，测量样品从102℃降到98℃所需要的时间。每种样品重复测量5次。【实验数据】样品质量：CuM12.606g;FeM10.902g;AlM3.990g。热电偶冷端温度：0=0Co。样品由102Co下降到98Co所需时间(单位为s)次数样品12345平均值/tsFe2()t17.0417.1617.8517.4117.5217.396Cu1()t16.4116.4415.9916.3716.4416.33Al3()t9.949.9110.4110.2510.0010.102以铜为标准：11393().oCuCCJkgC铁：1122121()484.1().()oMtCCJkgCMt铝：1133131()768.1().()oMtCCJkgCMt【误差分析】查资料得Fe在100ºC下的比热容为1460().oFeCJkgC理实验误差系数484.1460100%5.24%460Al在100ºC下的比热容为1905().oAlCJkgC理实验误差系数905768.1100%15.13%905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升高到，查阅资料，比热容的计算式应修改成122121()()nnmtTCCmtT，其中n为常数，且1n，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