借助牛頓冷卻定理測(cè)定鹽水的比熱容第25摘要:借助冷卻法對(duì)不同含量的鹽堿液的比熱容進(jìn)行了測(cè)定,并對(duì)含量與比熱容的關(guān)系進(jìn)行了借助冷卻法測(cè)定物質(zhì)的比熱容是普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的技巧,它可以檢測(cè)固體的比熱容,也可以檢測(cè)液體的比熱容。本文借助冷卻法對(duì)不同含量的鹽堿液的比熱容進(jìn)行了測(cè)定,并剖析了含量與比熱容1。1實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)裝置是一個(gè)具有內(nèi)外筒的量熱器。外筒由雙壁水筒制成,上面裝有攪拌器。內(nèi)筒,內(nèi)筒攪拌器,待測(cè)液體或水組成測(cè)定系統(tǒng)。該裝置的設(shè)計(jì)是設(shè)法使系統(tǒng)在室溫恒定的1。2實(shí)驗(yàn)原理及方式采用比較的方式檢測(cè)不同含量的鹽水的比熱容。以牛頓冷卻定理為實(shí)驗(yàn)原理。即:一個(gè)系統(tǒng)的氣溫假如低于環(huán)境濕度,系統(tǒng)就要散熱;倘若高于環(huán)境濕度,系統(tǒng)就要放熱。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的氣溫與環(huán)境濕度相差不大時(shí),系統(tǒng)的散熱速度dq/dt同系統(tǒng)氣溫與環(huán)境濕度之差(一)成反比,用dT/dt為系統(tǒng)的冷卻速度,為散熱系數(shù),為系統(tǒng)的比熱容,,分別為系統(tǒng)和環(huán)境的體溫。假如在實(shí)驗(yàn)的過程中能保證環(huán)境濕度的變化比系統(tǒng)氣溫的變化小好多物理實(shí)驗(yàn)鹽水,則0可以覺得是常為積分常數(shù),借助上式分別測(cè)出水和待測(cè)液體的冷卻情況,因?yàn)樗谋葻崛菀阎?通過比c|。為盛水系統(tǒng)的比熱容,cI2為盛待測(cè)液體系統(tǒng)的比熱容。
假如用同一個(gè)容器裝水和液體,并保持體溫基本相同,則K1-==K。令I(lǐng)s。,Is分別代表In(T一口)-一t圖線中兩條直線的斜率,即S。=K/C,。,S=K/C,,則有:Is。c|。=Sc|。上式中Is。,Is可通過做圖或最小二加法求出。比熱容c|l(包括內(nèi)筒,攪拌器,濕度計(jì)及水的比熱容)為已知,比熱容中只有待測(cè)液體的比熱容是未知的,mo,Co,mx,分別為水及待測(cè)液體的質(zhì)量和比熱容,m。,C。為內(nèi)筒及攪拌器的質(zhì)量和比熱容。2。1含量為lO%的鹽水比熱容的測(cè)定首先檢測(cè)內(nèi)筒及攪拌器的質(zhì)量,之后測(cè)出300mL水堿液及同容積含量為10%的鹽水堿液的質(zhì)量(見表1)。當(dāng)表2水和10%鹽水冷卻過程中的系統(tǒng)氣溫時(shí)的環(huán)境濕度為恒溫5。5~C,取(T一)15。,將其分別裝入內(nèi)筒中,并每隔2nfin檢測(cè)水或待測(cè)液體的系統(tǒng)氣溫,以hl(一)及相應(yīng)t的數(shù)據(jù)由于In(T一)水=f+bl,相當(dāng)于Y=Sl+bl借助最小二加法得:[3Isl=/,而(施一牙)(一),=(筏一)2o求得S。后采用同樣的方式求出Is。數(shù)據(jù)的估算結(jié)果如下:2。2含量為20%的鹽水比熱容的測(cè)定同上,首先檢測(cè)內(nèi)筒及攪拌器的質(zhì)量,之后測(cè)出300mL,水堿液及通容積含量為20%的鹽水堿液的質(zhì)量(見表3),當(dāng)時(shí)的環(huán)境濕度為恒溫22。
0cI=,取表4水和20%鹽水冷卻過程中的系統(tǒng)氣溫一0)1509將其分別裝入內(nèi)筒中物理實(shí)驗(yàn)鹽水,并每隔2min相應(yīng)t的數(shù)據(jù)(見表4),用最小二加法求Is。,Is,并l0%鹽水比熱容數(shù)據(jù)處理過程,估算結(jié)果得:S。=一0。0146,S=一0。0153(1)通過對(duì)不同含量鹽水堿液的比熱容測(cè)定得出隨著含量的降低,液體的比熱容降低。在實(shí)驗(yàn)過程中,系統(tǒng)體溫的確切檢測(cè),起著關(guān)鍵性的作用,因而檢測(cè)系統(tǒng)氣溫時(shí)采用最小分度為1度的氣溫計(jì)。另外在檢測(cè)過程中,要不斷攪拌,一方面使環(huán)境濕度恒定,另一方面使系統(tǒng)均勻散熱,這樣可以降低檢測(cè)(2)通過借助牛頓冷卻定理檢測(cè)液體的比熱容,加深了中學(xué)生對(duì)牛頓冷卻定理的理解,同時(shí)使中學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)有所用,借助理論知識(shí)可以解決一些實(shí)際問題,培養(yǎng)了中學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。[1]龔余慶。普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理[M]。長(zhǎng)春:東北電訊工程大學(xué)出版社,1985材料熱學(xué)[M]。上海:上海工業(yè)學(xué)院出版社,20O0。117。《材料熱學(xué))教學(xué)中容易忽略的幾個(gè)問題[J]。農(nóng)機(jī)具化研究,2O04,(2):276
