根据热平衡原理,用混合法测定固体的比热容是测量热容常用方法,以往的实验方法虽有一定的优越性,但也有不完善之处,例如:加热装置与测混合体温度装置分离,当把高温物体取出后投入到量热筒的过程中,必然会向周围空间散失热量,这部分的偏差只能靠缩短操作时间来弥补;插入量热筒中的水银温度计在指示温度的同时也要吸收热量;同时还要考虑到量热筒和搅拌装置吸收的热量;另外当物体投入到量热筒时少量水的飞溅引起总质量的减少;加上实验时的环境和温度、实验中的操作和读取数据等原因,都会带来一定的误差.摘要:此实验时在理想条件下进行的实验,在实际的过程中是不可能达到的,因为是不可能达到系统与外界没有热量交换的。因此,我们只能对实验进行进一步的改善,而不能达到没有热量散失的理想状态,本文就主要是对实验中出现的误差进行了分析,并归纳出了误差的一些来源。并对此实验进行一定的改进 实验原理:温度不同的物体混合后,热量将由高温物体传给低温物体,如果在混合过程中和外界没有热交换,最后将达到均匀稳定的平衡的温度,在这过程中高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量,此称为热平衡原理。本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体的比热。将质量为m、温度为t2的金属块投入量热器的水中,设量热器(包括搅拌器和温度计插入水中部分)的热容量为c,其中水的质量为m0,比热为c0,待测物体投入水中之前的水温为t1,在待测物投入水中以后,其混合温度为t,则在不计量热器与外界的热交换的情况下,将有: (1)即 其中(1)中的C是量热器的热容,可根据其质量和比热容算出,设量热筒和搅拌器由相同的物质组成,其质量:量热器的q可以根据其质量和比热容算出。设量热器筒和搅拌器由相同的物质(铝)制成,其质量为m1,比热容为c1,温度计插入水中部分的体积为V,则(2)为温度计插入水中部分的热容,但V的单位为cm3。也所以:C=m c +c = + = ( )以上讨论是在假定量热器与外界没有热交换时的结论,实际上只要有温度差异就必然会有热交换存在,因此,必须考虑如何防止或进行修正热散失的影响,热散失的途径主要有以下几点。1.在将物体投放到量热器中的时候,量热器中的热量有散失,因此,我们应尽量缩短投放时间。2.防止量热器的外部有水附着在上面,因为水的蒸发会损失一定的热量,实验时要用干毛巾将量热器内筒的外壁擦干。3.在投入待测物之后,再混合过程中量热器与外部有热交换,在本实验中由于测量的是导热良好的金属块,从投入物体到系统达到一个稳定的混合温度所需时间是很短的。所以可以采用热量出入相互抵消的方法消除系统的影响,即控制量热器的初温,使初温在室温以下,混合以后的末温在室温以上。因此采用作图的方法进行对热量的修正。五.数据表<一>时间T(min) 0 1 2 3 4 5温度t( ) 表<二>时间(min) 5 t c温度( ) 3 表<三>时间(min) 6 7 8 9 10 11 12温度( ) 表〈四〉金属的质量(g) 金属块的温度( )量热器热容( ) 水的质量(g) 水的比热容( ) 放入物之前水温( )混合温度( ) 热筒搅拌器质量 热筒搅拌器比热 温度计的体积(mL) 根据以上数据可以计算出金属的比热;=( + )() ()= ( )标准不确定度的计算;U(m)= =(g) U( )= =0. 058(g)U(m )= =(g) U(t )= =( )U(t )= =( ) U( )= =( )所以金属的弥补确定度为:U=( )所以金属的比热容就为:C= +( )由实验结果可知实验中存在着很大的误差。但这些误差且是不可避免的,我们只能减小误差和减少一些误差的来源。并且在量热学实验中,由于无法避免系统与外界的热交换,实验结果总是存在系统误差,有时甚至很大,以至无法得到正确结果。所以,校正系统误差是量热学实验中很突出的问题。为此可采取如下措施:(1) 要尽量减少与外界的热量交换,使系统近似孤立体系。此外,量热器不要放在电炉旁和太阳光下,实验也不要在空气流通太快的地方进行。(2) 采取补偿措施,就是在被测物体放入量热器之前,先使量热器与水的初始温度低于室温,但避免在量热器外生成凝结水滴。先估算,使初始温度与室温的温差与混合后末温高出室温的温度大体相等。这样混和前量热器从外界吸热与混合后向外界放热大体相等,极大地降低了系统误差。(3) 缩短操作时间,将被测物体从沸水中取出,然后倒入量热器筒中并盖好的整个过程,动作要快而不乱,减少热量的损失。(4) 严防有水附着在量热筒外面,以免水蒸发时带走过多的热量。水不能太少以致不能浸没金属。(5) 不要让手或身体接近量热筒,以免影响系统的温度。(6) 量热筒中温度计的位置要适中,不要让他靠近低温物体,因为未混合好的局部温度可能回很低,不能代表整个系统的温度。在采取以上措施后,散热的影响仍难以完全避免。被测物体放入量热器后,水温达到最高温度前,整个系统还会向外散热。所以理论上的末温是无法得到的。这就需要通过实验的方法进行修正:在被测物体放入量热器前4~5min就开始测读量热器中水的温度,每隔1min读一次。当被测物体放入后,温度迅速上升,此时应每隔测读一次。直到升温停止后,温度由最高温度均匀下降时,恢复每分钟记一次温度,直到第12min截止。由实验数据作出温度和时间的关系T-t曲线。为了推出式(2)中的初温T1和末温T2,在图中,对应于室温T室曲线上之G点作一垂直于横轴的直线。然后将曲线上升部分AB及下降部分CD延长,与此垂线分别相交于E点和F点,这两个交点的温度坐标可看成是理想情况下的T1和T2,即相当于热交换无限快时水的初温与末温。在图中,吸热用面积BGE表示,散热用面积CGF表示,当两面积相等时,说明实验过程中,对环境的吸热与放热相消。否则,实验将受环境影响。实验中,力求两面积相等附记:温度计插入水中部分的热容可如下求出。已知水银的密度为 ,比热容为 ,其1 的热容为 。而制造温度计的耶那玻璃的密度为 ,比热容为 ,其1 的热容为 ,它和水银的很相近,因为温度计插入水中部分的体积不大,其热容在测量中占次要地位,因此可认为它们1 的热容是相同的。高温度计插入水中部分的体积为V( ),则该部分的热容可取为(J.℃-1)。V可用盛水的小量筒去测量。