测定冰的熔解热

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1、基础物理实验研究性报告测定冰的熔解热The Measurement in Heat of Fusion of Ice 目 录摘要3Abstract3一、实验目的4二、实验原理42.1一般概念42.2装置简介42.3实验原理5三、实验仪器8四、实验主要步骤84.1合理选择实验参量84.2记录有关常数84.3测定实验过程中温度随时间的变化94.3.1每隔一段时间测系统温度随时间的变化，作T-t图。94.3.2实测系统的散热常数94.3.3数据处理9五、数据处理95.1原始数据95.2数据处理10六、误差分析116.1实验原理的理想化引起测量值的误差116.2测量仪器误差及估读引起L 测量值的不确定

2、。116.3搅拌不够均匀，引起的误差116.4作图误差11七、实验技巧的总结127.1水的初温及水与冰的量的选择127.2读数及搅拌的技巧12八、实验改进建议128.1对于实验仪器的改进建议138.1.1对数字三用表的替换138.1.2对搅拌器的改进148.2对数据处理方法的改进14九、实验感想与总结169.1动手能力的提高169.2自学能力以及预习能力的提高179.3对物理理论知识认识的升华17参考文献：17摘要测量冰的熔解热实验是热学的基本实验之一，本文以“测定冰的熔解热”为内容，先介绍了实验的基本原理、方法（混合量热法和孤立系统、冷却定律和修正散热、测温原理等）与过程，仪器构造和使用方法

3、，而后进行了数据处理。并以实验数据对误差的来源进行了定量分析并提出改进意见。关键词：冰；熔解热；混合量热法；孤立系统；冷却定律；AbstractThe Measurement in Heat of Fusion of Ice is one of the basic thermotics experiments .This article is based on the Measurement in Heat of Fusion of Ice and introduces the basis theory, methods (such as combination method, isolate

4、d system, Law of refrigeration, the modification of heat dissipation and the principle measuring temperature), process, and the configuration and the usage of the apparatus. Then, it gives one method on data handing. Based on the data in the experiment, it also analyzes the origin of some errors and

5、 offers some proposals.Key words: Ice; Heat of fusion; Combination method; Isolated system; Law of refrigeration.一、实验目的1、熟悉热学实验中的基本问题量热和计温；2、学习两种进行散热修正的方法3、了解热学实验中合理安排实验和参量选择的重要性。二、实验原理2.1一般概念一定压强下晶体物质熔解时的温度，也就是该物质的固态和液态可以平衡共存的温度，称为该晶体物质在此压强下的熔点。单位质量的晶体物质在熔点时从固态全部变成液态所需要的热量，叫做该晶体物质的熔解潜热，亦称熔解热。温度是热学中

6、的一个基本物理量，量热实验中必须测量温度。一个系统的温度，只有在平衡时才有意义，因此计温时必须使系统各处温度达到均匀。用温度计的指示值代表系统温度，必须使系统与温度计之间达到热平衡。2.2装置简介图1根据文献1如图1所示，本量热器有良导体做成的内筒放在一较大的外筒中组成。通常在内筒中放水、温度计及搅拌计，它们（内筒、温度计、搅拌器及水）连同放进的待测物体就构成了进行实验的系统，内筒、水、温度计及搅拌器的热容是可以计算出来的，在此基础上，就可以用混合法进行量热实验了。内筒置于一绝热架上，外筒用绝热盖盖住，因此空气与外界对流很小，又因空气是不良导体，所以内、外筒间靠传导方式传递的热量同样可以减至很

7、小，同时由于内筒的外壁和外筒的内外壁都电镀得十分光亮，使得它们发射或吸收辐射热的本领变得很小，于是实验系统和环境之间因辐射而产生的热量传递也得以减小，这样的量热器就可以使实验系统粗略的接近于一个孤立系统了。2.3实验原理若有质量为M、温度为T1的冰（在实验室环境下其比热容为c1，熔点为T0），与质量为m、温度为T2的水（比热容为c0）混合，冰全部熔解为水后的平衡温度为T3，设量热器的内筒和搅拌器的质量分别为m1、m2，温度计的热容为m。如果实验系统为孤立系统，将冰投入盛水的量热器中，则热平衡方程式为：c1M(T0-T1)+ML+c0M(T3-T0)=(c0m+c1m1+c2m2+m)(T2-T

8、3) (1)（1）式中，L为冰的熔解热。在本实验条件下，冰的熔点也可以认为是0，即T0=0，所以冰的熔解热为L=(c0m+c1m1+c2m2+m)(T2-T1)-c0T3+c1T1 (2)为了尽可能是系统与外界交换的热量达到最小，除了使用量热器以外，实验的操作过程中也必须予以注意，例如不应当直接用手去把握量热器的任何部分；不应当在阳光的直接照射下或空气流动太快的地方进行实验等。此外，由于系统与外界温度差越大时，在它们之间传递热量越快，而且时间越长，传递的热量越多，因此在进行量热实验时，要尽可能使系统外界温度差小，并尽量时实验过程进行得迅速。尽管注意到了上述的各个方面，系统仍不可能完全达到绝热的

9、要求（除非系统与环境的温度时时刻刻完全相同）。因此，在作精密测量时，就需要采用一些办法来求出实验过程中试验系统究竟散失或吸收了多少热量，进而对实验结果进行修正。一个系统的温度如果高于环境温度，它就要散失热量。实验证明，当温差相当小时（例如不超过1015），散热速率与温度差成正比，此即牛顿冷却定律，用数学形式表示可写成=K(T-) (3)图2式中，q是系统散失的热量；t是时间间隔；K是散热常数，与系统表面积成正比，并随表面的吸收或发射辐射热的本领而变；T、分别是所考虑的系统及环境的温度；称为散热速率，表示单位时间内系统散失的热量。下面介绍一种根据牛顿冷却定律粗略修正散热的方法。已知当T时，0,系

10、统向外散热；当T时，终温T3,T3,但它们与的差值可以不受限制。三、实验仪器量热器、电子天平、数字三用表、冰、停表、干拭布等。四、实验主要步骤4.1合理选择实验参量影响结果的参量有水的质量m0、水的初温T2以及冰的质量M，而这些的参量大小是相互制约的，需要先定出它们的取值范围，再通过实验进行调整。具体见参考文献1。4.2记录有关常数称量各种质量。注意冰不能直接放在天平上称衡，冰的质量应由冰熔解后，冰加水的质量减去水的质量求得。已知实验室所用内筒和搅拌器材料均为铜，比热容c1=c2=0.389103J/（kgK），冰的比热容（-40-0时）为c1=1.80103J/（kgK），水的比热容为c0=

11、4.18103J/（kgK），忽略温度计的热容m。4.3测定实验过程中温度随时间的变化4.3.1每隔一段时间测系统温度随时间的变化，作T-t图。测冰的熔解曲线时，可约隔15s测一个点；测降温曲线和升温曲线时，时间间隔可适当加长。三部分曲线是连续的，时间不可间断；特别要记录好投冰时间。4.3.2实测系统的散热常数K量热器盛适量水，水温比环境温度低5-10，测量温度随时间的变化。4.3.3数据处理用第二种散热修正方法，作图求出初、末温度的修正值，并算出冰的熔解热L；由测量数据估算系统的散热常数K。五、数据处理5.1原始数据t/s R/K01124.4 31.92308 305.07308 6011