混合法測量液體比熱容實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)創(chuàng)新

吳楊子

摘 要 應(yīng)用混合法進(jìn)行比熱容的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是系統(tǒng)與外界沒有發(fā)生熱交換、系統(tǒng)最終達(dá)到熱平衡的原則，而實(shí)際測量理想的絕熱系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生往往存在很大的系統(tǒng)誤差。本文主要論述了通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，改進(jìn)冷熱水混合過程中的散熱環(huán)節(jié)，通過大量改進(jìn)前后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比，誤差分析等數(shù)據(jù)處理，得出我們對混合法測量液體比熱容實(shí)驗(yàn)改進(jìn)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)是有效的嘗試。

關(guān)鍵詞 混合法；比熱容；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；數(shù)據(jù)處理

中圖分類號 O6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）12-0010-03

混合法測量比熱容是物理學(xué)中的基本實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的混合法測量液體的比熱容是將加熱好的食鹽水倒入燒杯中測量食鹽水的溫度之后，再將食鹽水倒入到量熱器的內(nèi)筒之中，而在這一過程中熱的食鹽水的溫度高于外界向外界散發(fā)熱量，那么我們用溫度計(jì)測量出來的溫度來計(jì)算比熱容的話就會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果偏小，從而整個(gè)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性降低。

我們將原裝置改進(jìn)成將液體加熱和量熱器內(nèi)筒連接在一起的一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，可以在液體加熱完成后直接快速的進(jìn)入量熱器內(nèi)筒中，從而減少整個(gè)過程的散熱損失。得出的結(jié)果與傳統(tǒng)的測量液體的比熱容的結(jié)果相比更加準(zhǔn)確。

1 混合法測量液體比熱容的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

將溫度不同的物體混合后，如果由這些物體組成的系統(tǒng)沒有與外界交換熱量，最后物體將達(dá)到均勻、穩(wěn)定的平衡溫度，在此過程中高溫物體所放出的熱量等于低溫物體所吸收的熱量，被稱為熱平衡原理，本實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)熱平衡原理將兩種溫度不同的液體混合通過混合法測量比熱容。

在本次實(shí)驗(yàn)中我們的高溫物體都為10%食鹽水高于室溫10℃～15℃，低溫物體是量熱器內(nèi)筒，攪拌器和室溫的水。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

1）室溫下將一定量的食鹽溶于一定的熱水中，并不斷用攪拌器攪拌，并不斷加入食鹽使其溶解然后配置成濃度為10%的食鹽水，并對配置完成后的食鹽水進(jìn)行加熱。

2）將燒杯加入適當(dāng)?shù)某厮⑵浞旁陔娮犹炱竭M(jìn)行稱量，得出燒杯和水的質(zhì)量為，將燒杯中的水倒入量熱器中并插入溫度計(jì)每隔30s進(jìn)行一次讀數(shù)并記錄下來記該溫度為，并對燒杯進(jìn)行稱重得到燒杯的質(zhì)量為，即可求出量熱器中水的質(zhì)量=。

3）測量熱水的質(zhì)量為，熱水的溫度，加入冷水的質(zhì)量，水和量熱器的溫度為，攪拌混合后的溫度，通過以上測量出來的數(shù)據(jù)帶入（3）式中求出量熱器的熱容q。

4）用燒杯盛取食鹽水并將其放在電子天平上進(jìn)行稱重，測出燒杯和食鹽水的質(zhì)量為，并用溫度計(jì)測量食鹽水的溫度為，然后迅速將食鹽水倒入量熱器筒中，蓋上筒蓋用攪拌器均勻攪拌，并且每隔30s對混合的液體的溫度進(jìn)行讀數(shù)，并以此記錄得出溫度為θ，然后稱量倒入食鹽水的燒杯質(zhì)量為，從而可以計(jì)算出加入量熱器筒中的食鹽水質(zhì)量為。

5）將上述測出的數(shù)值代入（2）式中求出食鹽水的比熱容。比熱容的單位是。且已知水的比熱容是。

6）重復(fù)以上步驟進(jìn)行第二次實(shí)驗(yàn)，求出10%食鹽水的比熱容。

2 創(chuàng)新改進(jìn)后的混合法測量液體比熱容的實(shí)驗(yàn)

我們將原裝置改進(jìn)成將液體加熱和量熱器內(nèi)筒連接在一起的一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，可以在液體加熱完成后直接快速的進(jìn)入量熱器內(nèi)筒中，從而減少整個(gè)過程的散熱損失。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置由支架、可以進(jìn)行加熱的保溫筒、溫度計(jì)、保溫管組成。

我們首先將保溫筒中注入待測液體并測量整個(gè)保溫筒和帶測液體的總質(zhì)量，然后將保溫筒固定在支架上并且將溫度計(jì)固定如保溫筒內(nèi)如圖2所示，加熱保溫筒使待測液體的溫度上升，當(dāng)上升到某個(gè)階段時(shí)，停止加熱看此時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)當(dāng)溫度計(jì)不再變化時(shí)進(jìn)行讀數(shù)，這讀數(shù)就是將待測液體倒入量熱器內(nèi)筒與冷水混合后的溫度。打開保溫筒下方的塞子，加熱的液體通過保溫管迅速進(jìn)入量熱器內(nèi)筒中，并稱量此時(shí)保溫筒的質(zhì)量即可求出待測液體混合前的質(zhì)量。

4 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)對比可以看出改進(jìn)后的混合法測量液體的比熱容方法，它通過保溫筒和保溫管很大程度上減少了整個(gè)過程的熱量的散失，得出的結(jié)果與傳統(tǒng)的測量液體的比熱容的結(jié)果相比更加準(zhǔn)確。

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