借助牛頓冷卻定理測定鹽水的比熱容第25摘要:借助冷卻法對不同含量的鹽堿液的比熱容進行了測定,并對含量與比熱容的關(guān)系進行了借助冷卻法測定物質(zhì)的比熱容是普通化學實驗中常用的技巧,它可以檢測固體的比熱容,也可以檢測液體的比熱容。本文借助冷卻法對不同含量的鹽堿液的比熱容進行了測定,并剖析了含量與比熱容1。1實驗裝置本實驗所采用的實驗裝置是一個具有內(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,待測液體或水組成測定系統(tǒng)。該裝置的設(shè)計是設(shè)法使系統(tǒng)在室溫恒定的1。2實驗原理及方式采用比較的方式檢測不同含量的鹽水的比熱容。以牛頓冷卻定理為實驗原理。即:一個系統(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。當一個系統(tǒng)的氣溫與環(huán)境濕度相差不大時,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。假如在實驗的過程中能保證環(huán)境濕度的變化比系統(tǒng)氣溫的變化小好多物理實驗鹽水,則0可以覺得是常為積分常數(shù),借助上式分別測出水和待測液體的冷卻情況,因為水的比熱容已知,通過比c|。為盛水系統(tǒng)的比熱容,cI2為盛待測液體系統(tǒng)的比熱容。
假如用同一個容器裝水和液體,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,濕度計及水的比熱容)為已知,比熱容中只有待測液體的比熱容是未知的,mo,Co,mx,分別為水及待測液體的質(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%的鹽水比熱容的測定首先檢測內(nèi)筒及攪拌器的質(zhì)量,之后測出300mL水堿液及同容積含量為10%的鹽水堿液的質(zhì)量(見表1)。當表2水和10%鹽水冷卻過程中的系統(tǒng)氣溫時的環(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檢測水或待測液體的系統(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%的鹽水比熱容的測定同上,首先檢測內(nèi)筒及攪拌器的質(zhì)量,之后測出300mL,水堿液及通容積含量為20%的鹽水堿液的質(zhì)量(見表3),當時的環(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)筒中物理實驗鹽水,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)通過對不同含量鹽水堿液的比熱容測定得出隨著含量的降低,液體的比熱容降低。在實驗過程中,系統(tǒng)體溫的確切檢測,起著關(guān)鍵性的作用,因而檢測系統(tǒng)氣溫時采用最小分度為1度的氣溫計。另外在檢測過程中,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(2)通過借助牛頓冷卻定理檢測液體的比熱容,加深了中學生對牛頓冷卻定理的理解,同時使中學生認識到學有所用,借助理論知識可以解決一些實際問題,培養(yǎng)了中學生解決實際問題的能力。[1]龔余慶。普通化學實驗中的數(shù)據(jù)處理[M]。長春:東北電訊工程大學出版社,1985材料熱學[M]。上海:上海工業(yè)學院出版社,20O0。117。《材料熱學)教學中容易忽略的幾個問題[J]。農(nóng)機具化研究,2O04,(2):276
