实验2热功当量的测量实验目的1.用电热法测热功当量。2.学习用牛顿冷却定律修正终温。
仪器设备量热器温度计物理天平停表小量筒稳压电源直流电压表直流电压表 实验原理1用电热法测热功当量J功可以转化为热,热也可以转化为功,它们是能量转化的两种方式。功的单 位常用焦耳J,热的单位常用卡cal,卡的热量转化为功的焦耳数叫做热功当 量,它的单位是J caZ。E址热器”卜崗呈建器内閒C遼鑒世iS。绝謙蛊E議压唱讯F-电檢丝G揮拌器H.湛宜计厶掩氓柱图 11 - 1设加在电阻丝两端的电压为 U,通过电阻丝的电流为I,在时间也t内,电场力做功为AUI纽11 1如果这些功全部转化为热,使盛水的量热器系统的温度从T。升高到T,则系统吸收的热量为Q 二moCo miCi m2C2 ITI3C3 0.46VT -To11-2式中mCo、EG、mC2、分别是水、量热器内筒、搅拌器、接线柱及电阻丝的热容 量,是温度计插入水中部分的体积,单位是cm3 ,Q的单位是cal。如果整个过程系统和外界没有能量交换,贝AJQ 11-311-4T;-9 Kin1t To -911-8ULtmoco m|Cim2C2 1TI3C3 0.46V T -To2、系统散热的修正实际上,实验系统并非理想的绝热系统。在加热使系统升温的过程中,系统不 可避免地要与外界进行热量交换(系统向外散热)。因此系统实际达到的终温 要低于不散热时应达到的终温为了求得T,比须先求得由于散热引起的温度损失ToT T-Tf(11-5)求人T的方法如下。根据牛顿冷却定律,当系统温度与环境温度相差不大时系统温度变化的速 度与系统的温度T和环境温度之差成正比。即二 K (T旳(11-6)dt式中K是散热系数,与系统的表面状况及热容有尖。假若环境温度是不变的,则 上式可写为giK T,dt实验时,选择系统自然冷却后的某时刻上0,温度为匸,经过时间t后温度为T;,则由(门7)式积分,并代入上述条件,得将K代入(116)式可算出每分钟系统散热而降低的温度近似等于.T/ .T//3度,根据(11-9)式可以求出第打讥氏亏耽,这样,第1、2、T、T2、T3为厶d Ti 丁2 dT2dT|K (日)(实验过程中每隔一分钟记下系统在加热过程中的温度(1V9)作为第1、2、3分钟的平均温、2 221、2、3分钟内由于散热而降低的温度3、分钟末由于散热而导致温度损失T3 dT3实验内容1 用物理天平测出量热器内筒质量”,搅拌器的质量m2,接线柱及电阻丝的 质量rw,在量热器内筒中加水,测出其质量m,则水的质量m。为m 0 m,- m 12 按图连接好电路,接通电源,同时按下停表计时,记下开始 时的环境 温度和系统的温度To,以后每隔一分钟记录一次水温,直至水温比室温高约10C左右。在此过程中必须不停的、均匀地,轻轻地对系 统进行搅拌,并记录电压U 和电流I。3断开电源,记下加热时间,隔一段时间后记下系统达到的最高温 度,同时 再记录一次室温。当系统自然冷却时,每隔一分钟记录一次系统的温度T。4测量温度计在水中部分体积V (方法同实验10)5 计算热功当量。思考题1-实验应满足哪些条件2.如何用作图法求K值3.以下因素使测量结果是偏大还是偏小1 )接线柱一部分露在外面;2)二偏低;3)实验中有水溅出;4)不进行散热修正。