1、冷卻法測量金屬比熱容實驗目的：1.了解牛頓冷卻定律2.掌握冷卻法測量金屬比熱容的方法實驗儀器：金屬比熱容測定儀第1頁，共18頁。實驗原理：1.比熱容:單位質(zhì)量的物質(zhì)，其溫度升高1K(oC)所需的熱量叫做該物質(zhì)的比熱容，其值隨溫度而變化。2.牛頓冷卻定律：當物體表面與周圍存在溫度差時，單位時間從單位面積散失的熱量與溫度差成正比。第2頁，共18頁。 根據(jù)牛頓冷卻定律，若已知標準樣品在不同溫度的比熱容，通過作冷卻曲線可測量各種金屬在不同溫度時的比熱容。本實驗以銅為標準樣品，測定鐵、鋁樣品在100oC 或200oC時的比熱容。 第3頁，共18頁。將質(zhì)量為M1的金屬樣品加熱后，放到較低溫度的介質(zhì)(例如：

2、室溫的空氣)中，樣品將會逐漸冷卻。其單位時間的熱量損失 ( )與溫度下降的速率成正比，于是得到下述關(guān)系式：式中C1為該金屬樣品在溫度 時的比熱容， 為金屬樣品在 時的溫度下降速率。第4頁，共18頁。根據(jù)冷卻定律有：式中a1為熱交換系數(shù)，S1為該樣品外表面的面積，m為常數(shù)， 為金屬樣品的溫度， 為周圍介質(zhì)的溫度。聯(lián)立以上兩式，可得：第5頁，共18頁。同理，對質(zhì)量為M2，比熱容為C2的另一種金屬樣品，可有同樣的表達式：第6頁，共18頁。 如果兩樣品的形狀尺寸都相同，即S1=S2；兩樣品的表面狀況也相同(如涂層、色澤等)，而周圍介質(zhì)(空氣)的性質(zhì)當然也不變，則有 。于是當周圍介質(zhì)溫度不變(即室溫 恒

3、定而樣品又處于相同溫度 ) 時，上式可以簡化為:第7頁，共18頁。 如果已知標準金屬樣品的比熱容C1質(zhì)量M1；待測樣品的質(zhì)量M2及兩樣品在溫度 時冷卻速率之比，就可以求出待測的金屬材料的比熱容C2。第8頁，共18頁。幾種金屬材料的比熱容見表1：(P200) 比熱容溫度CFe CAl CCu 1000.1100.230 0.0940單位：第9頁，共18頁。實驗儀器介紹第10頁，共18頁。 A、熱源、B、實驗樣品（直徑5mm，長30mm的小圓柱）、 C、銅-康銅熱電偶、D、熱電偶支架、 E、防風容器、 F、三位半數(shù)字電壓表、G、冰水混合物組成。第11頁，共18頁。第12頁，共18頁。實驗步驟：1.

4、用銅-康銅熱電偶測量溫度，由數(shù)字電壓表mV數(shù)查表即可換算成溫度。2. 將三種金屬樣品(銅、鐵、鋁)用物理天平質(zhì)量M，再根據(jù)MCuMFeMAl這一特點，把它們區(qū)別開來。第13頁，共18頁。 3.使熱電偶熱端的銅導線與數(shù)字表的正端相連；冷端銅導線與數(shù)字表的負端相連。當數(shù)字電壓表讀數(shù)為某一定值即200 時，切斷電源移去電爐，樣品繼續(xù)安放在與外界基本隔絕的金屬圓筒內(nèi)自然冷卻(筒口須蓋上蓋子)。當溫度降到接近102 時開始記錄，測量樣品由102 下降到98 所需要時間 。按鐵、銅、鋁的次序，分別測量其溫度下降速度，每一樣品重復測量5次。第14頁，共18頁。利用簡化后的公式：計算鐵和鋁的比熱容 ，選取銅的

5、比熱容0.0940cal/(goC)計算。第15頁，共18頁。實驗數(shù)據(jù)處理1.將數(shù)據(jù)填入下表 次數(shù)樣品12345平均值誤差FeCuAl第16頁，共18頁。2.利用公式：計算鐵和鋁的比熱容第17頁，共18頁。溫度溫度012345678910熱 電 動 勢 (mV)00.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.3510.3910100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.7490.78910200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.1551

6、.19620301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.5691.61130401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.9922.03540502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.4242.46750602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.8642.90860702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.3123.35770803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.7673.81380903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.