测定冰的熔解热研究性报告
基础物理实验研究性报告
测量冰的溶解热、电热法测量焦耳热功当量
第一作者：张令
学号：14051051
院系:航空科学与工程学院
第二作者：杨旭波
学号：14141085
院系：可靠性与系统工程学院
第三作者：彭广涛
学号：14051046
院系：航空科学与工程学院
冰的溶解热
一、摘要
以往该实验记温方式是：投完冰后立即一手搅拌一手拿笔记录万用表示数，每15秒记录一次，由于溶解速度快，记录间隔小本可以减小实验误差，但是却给操作带来了极大困难，迅速记数就无法均匀搅拌，而且人为读数迟缓或者提前一秒这些正常现象都会给实验结果带来很大误差。本文提出了一种新的记温方式进行实验，将手机置于万用表上方，通过摄像记录万用表数值变化全过程，操作者负责搅拌即可，可有效提高记温精度和记温难度。
二、实验目的
1.熟悉热学实验中的基本问题——量热和记温；
2.研究电热法中做功和传热的关系；
3.学习两种进行散热修正的方法——牛顿冷却定律法和一元线性回归法；
4.了解热学实验中合理安排实验和选择参量的重要性；
5.熟悉热学实验中基本仪器的使用。
三、实验原理
1.一般概念
一定压强下晶体物质溶解时的温度，也就是该物质的固态和液态可以平衡共存的温度，称为晶
体物质在该压强下的熔点。单位质量的晶体物质在熔点时从固态全部变为液体时所需的热量，叫做
该晶体物质的溶解潜热，也就是溶解热。
本实验用混合量热法测定冰的熔解热。其基本做法如下：把待测系统A和一个已知热容的系统
B混合起来，并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统C（C=A+B）。这样A或（B）
所放出的热量，全部为B(或A)所吸收。因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量Q，是可以
由其温度的改变△T和热容C s计算出来，即Q = C s△T，因此待测系统在实验过程中所传递的热量
也就知道了。
2.装置简介
量热器如下图所示：内筒置于以绝热架上，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小，同时由于内筒的外
壁及外筒的内外壁都电镀的十分光亮，使得它们发射或者吸收辐
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一个孤立系统了。 3. 实验原理
实验时，量热器装有热水（约高于室温10℃，占内筒容积1/2至2/3），然后放入2至3块适量大小冰块，冰溶解后混合系统将达到热平衡。此过程中，原实验系统放热，设为Q 放，冰吸热熔化成水，继续吸热使系统达到热平衡温度，设吸收的总热量为Q 吸。因为是孤立系统，则有：
吸
放Q Q =
若有质量为M 、温度为T 1的冰（在实验室环境下其比热容为c 1，熔点为T 0）。与质量为m 、温度为T 2的水（比热容为c 0）混合，冰全部熔解后系统的平衡温度为T 3，设量热器内筒和搅拌器的质量分别为m 1、m 2，比热容分别为c 1、 c 2，温度计的热容为δm ，如果实验系统为孤立系统，将冰投入盛水量热器中，则热平衡方程式为：
))(()(c )(c 3222110030101T T m m c m c m c T T M ML T T M -+++=-++-δ （4.5.1）
式中，L 为冰的溶解热。
因在本实验条件下，冰的熔点可认为是0℃，所以冰的溶解热为：
11303222110)(）c （1
T c T c T T m m c m c m M
L +--+++=
δ (4.5.2)
为了尽可能使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，不应当在阳光直接照射或者空气流动速度快的地方进行实验，冬天要避免在火炉或者暖气旁做实验等。此外，由于系统与外界温差较大时，在它们之间传递热量较快，而且时间越长，传递的热量越多，因此在进行量热实验时，应尽可能使系统与外界温差较小，并尽可能使实验进行迅。
尽管注意到了以上各个方面，系统仍不可能完全达到绝热要求（除非系统与环境温度时时刻刻完全相同）。因此在做精密测量时，就需要采用一些办法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10-15℃)，散热速率与温差成正比，此即牛顿冷却定律，用数学形式表示为：
)(θδδ-=T K t
q
(4.5.3) 其中δq 为系统散失的热量，δt 是时间间隔，K 为散热常数，与系统表面积成正比，并随表面的
吸收或发散辐射的本领而变；与T 、θ分别是所考虑系统及环境的温度，t
q
δδ称为散热速率，表示单位时间内系统散失的热量。
4. 散热修正
（1） 方法一：
这种一种根据牛顿冷却定律粗略修正散热方法。当θ>T 时，
0>t
q
δδ，系统向外散热；当θ 0 q δδ，系统从环境吸热。可以取系统的初温θ>2T ，终温θ< 3T ，以设法使整个实验过程中系统与环境间的热量传递前后彼此抵消。 考虑到实验的具体情况，刚投入冰时，水温高，冰的有效面积大，溶解快，因此系统表面温度T （即量热器中水温）降低较快；随后，随着冰的不断融化，冰块逐渐变小，水温逐渐降低，冰溶解缓慢，水温的降低也就变慢起来。量热器中的水温随时间的变化曲线如图所示。 根据式（4.5.3），实验过程中，即系统温度从T2变为T3这段时间（t2-t3）内系统与环境间的交换热量为： ???-+-=-= 3 2 2 3 )()()(q t t t t t t dt T K dt T K dt T K θθ θθθ 前一项0>-θT ，系统散热，对于图4.5.2中面积dt T S t A ? -=θ θt2 )(； 后一项0<-θT ，系统吸热，对应于面积?-= 3 t )(t B dt T S θθ。不难想见，面 积S A 与系统向外界散失的热量成正比，即q 散=KS A ；而面积S B 与系统从外界吸收的能量成正比，即q 吸=KS B ,K 是散热常数。因此，只要使S A ≈S B ,系统对外界的吸热和散热就可以相互抵消。 上述这种使散热与吸热相互抵消的做法，不仅要求水的初温比环境高，末温比环境温度低，而且对初温、末温与环境温度相差的幅度要求比较严格，往往经过多 次试做，效果仍可能不理想。因此希望吧上述思想进行扩展，放宽对量热器中水的 初温和末温的限制。 （2）方法二： 如图4.5.3所示，在t=t2时投入冰块，在t=t3时冰块融化完毕。在投入冰块前，系 统的温度沿T//2T2变化；在冰块融化完毕后，系统温度沿T3T//3变化。T//2T2和T3T//3 实际上都很接近直线。作T3T//3的延长线到T/3，作T//2T2的延长线到T/2，连接T/2T/3， 使T/2T/3与T轴平行，且使面积S1+S2=S3，用T/2代替T2，用T/3代替T3，代入式 （4.5.2）求L，就得到系统与环境没有发生热量交换的实验结果。 实际的温度变化本来是T2//T2T4T3T3//，在从冰块投入到冰块融化完毕的过程中，系统散失的热量相当于面积S4，从环境吸收的热量相当于面积S2+S5，综合两 者，系统共吸收的热量相当于面积S=S2+S5-S4。 在用T/2代替T2、用T/3代替T3后，得到另一条新的温度曲线T2//T2T4T3T3//。 在从冰块投入到冰块融化完毕的过程中，系统散失的热量相当于面积S1+S4，从环 境吸收的热量相当于面积S3+S5。综合两者，系统共吸收的热量相当于面积 S/=S3+S5-S1-S4。 因为作图时已使S1+S2=S3，所以有S/=S。这说明，新的温度曲线与实际温度曲线是等价的。新的温度曲线的物理意义是，它把系统与环境交换热量的过程与冰 融化的过程分割开来，从T2到T/2和从T/3到T3是系统与环境交换热量的过程，从 T/2到T/3是冰融化的过程。由于冰融化的过程变为无限短，自然没有机会进行热量 交换，因而从T/2到T/3，便仅是由于冰的融化而引起的水温变化。这一方法把对热 量的修正转换为对初温和末温的修正，且对量热器中水的初温和末温原则上没有任 何限制。尽管如此，考虑到牛顿冷却定律成立的条件以及其他因素，T2、T3还是 选择在θ附近为好，即让T2>θ，T3<θ，但它们与θ的差值可以不受限制。四、实验仪器 数字三用表、量热器、电子天平、温度计、加温器皿、冰、水桶、停表、干拭布等。 五、实验内容与步骤 1.将内筒擦干净，用天平称出搅拌器加内筒的质量的总和m1； 2.筒中装入适量的水（约高于室温10-15℃，水质量160-200g），用天平称得内筒加搅拌器加 水的质量m1+m； 3.将内筒置于量热器中，盖好盖子，插好搅拌器和温度计，开始计时并轻轻上下搅动量热器 中的水，观察热水的温度变化（如每隔1min记录一个数据），去三到五个点，能得到水温下降的趋势即可，并得到一个初始温度； 4.初始温度记录后马上从冰箱中取出预先备好的冰块（二到三块），同时投入水中； 5.用搅拌器轻轻上下搅动量热器中的水，记录温度随时间的变化，每15s读一次数，当系统 出现最低温T3(℃)时，说明冰块完全溶解系统基本达到热平衡，再记录回升温度3-5个点（每1min 测一次），得到水温上升曲线，最末温度须低于环境温度5-10度； 6.将内筒拿出，用天平称出内筒（包括搅拌器）和水的质量m1+m+M； 7.实验完毕，整理仪器，处理数据。 六、数据记录与处理 1.原始数据 M棒+内筒+水 m水m冰T环境T冰m搅拌棒+内筒m内筒M棒+内筒+水 +冰 144.61g 122.33 30.840g 336.32g 163.79g 27.92g 23.0316℃-21℃ 2.对应温度 时间t/s 电阻/kΩ温度T/℃时间t/s 电阻/kΩ温度T/℃时间t/s 电阻/kΩ温度T/℃ 0 1.1249 32.1130 380 1.0799 20.5076 490 1.0653 16.7509 60 1.1240 31.8805 390 1.0771 19.7868 500 1.0647 16.5966 120 1.1236 31.7772 400 1.0757 19.4265 510 1.0642 16.4680 180 1.1233 31.6997 410 1.0734 18.8346 520 1.0635 16.2880 240 1.1229 31.5964 420 1.0723 18.5515 530 1.0636 16.3137 300 1.1226 31.5189 430 1.0716 18.3714 540 1.0649 16.6480 330 1.1022 26.2537 440 1.0702 18.0112 600 1.0659 16.9052 340 1.0973 24.9902 450 1.0685 17.5739 660 1.0661 16.9566 350 1.0922 23.6757 460 1.0674 17.2910 720 1.0664 17.0338 360 1.0887 22.7739 470 1.0667 17.1109 780 1.0667 17.1109 370 1.0834 21.4088 480 1.0658 16.8795 :1l y = -0.0015x + 31.955 2l :y = 0.0003x 2 - 0.3078x + 93.972 3 l :y = 0.0018x + 15.771 解方程： ? ?-= -x x dx l l dx l l 330 540 3221)()( 得出T 2=31.35℃ T 3=15.76℃ 又c 0 =4.18kJ ·kg-1·K-1 c I =1.8kJ ·kg-1·K-1 c 2=0.389kJ ·kg-1·K-1 由公式 11303222110)(）c （1 T c T c T T m m c m c m M L +--+++=δ 得 L=310.025kJ/kg 七、误差分析 1. 实验过程中，可能存在系统传热不均的问题。搅拌慢了，量热器内的水上热下凉，温度计 测得的是高温层的水温，引起计算结果偏小，搅拌过快，搅拌器对水作的功和量热器散热引起计算结果偏大。 2.实验过程中涉及的热容包括铝质内筒、镀锌铁丝搅拌器、铜杆接线柱、合金电阻丝、铜螺 母和金属电阻感应器等，分别都测量热容比较困难，实际上又很多估计值。 3.实验过程中操作不当，比如投冰过程太长导致系统不绝热时间过长，热量散失增大，使L 值偏小。 4.难以保证读数时的时间间隔完全相等，人为读数迟缓或者提前一秒这些正常现象所带来很 大误差带来数据误差，还有读数记温会造成搅拌不均问题，对记温和处理数据时作图有影 响。 5.万用表读数时示数上下跳动会有读数误差。 八、改进方案及数据处理 由于内存较大，在此只附上我们实验所录万用表示数变化过程视频的一张截图： 原始数据： m搅拌棒+内筒M内筒m内筒+水+棒m水+内筒+冰+棒T环境T冰 157.17g 122.35g 342.97g 375.37g 19.0847℃-21℃ 时间t/s 电阻/kΩ. 温度T/℃时间t/s 电阻/kΩ温度T/℃时间t/s 电阻/kΩ温度T/℃ 0 11238 32.8288 300 1.0756 19.4007 390 1.0683 17.5224 60 1.1232 31.6739 310 1.0737 18.9118 400 1.0684 17.5482 120 1.1227 31.5447 320 1.0714 18.3199 410 1.0684 17.5482 180 1.1222 31.4156 330 1.0698 17.9083 420 1.0685 17.5739 240 1.1218 31.3122 340 1.0690 17.7025 480 1.0688 17.6511 260 1.0992 25.4801 350 1.0688 17.6511 540 1.0690 17.7025 270 1.0860 22.0784 360 1.0686 17.5996 600 1.0692 17.7540 280 1.0819 21.0225 370 1.0685 17.5739 660 1.0695 17.8311 290 1.0783 20.0957 380 1.0684 17.5482 :1l y = -0.0019x + 31.773 2l :y = 0.0005x 2 - 0.3938x + 90.496 3 l :y= 0.001x + 17.147 解方程： ? ?-= -x x dx l l dx l l 240 420 3221)()( 得出x=225.3561 T 2=31.3448℃ T 3=17.3724℃ 又m 1+m 2=157.17g m=185.8g M=32.40g c 0 =4.18kJ ·kg -1·K -1 c 1=1.8kJ ·kg -1·K -1 c 2=0.389kJ ·kg -1·K -1 T 1=-21℃ T 2=31.3448℃ T 3=17.3724℃ 由公式 11303222110)(）c （1 T c T c T T m m c m c m M L +--+++=δ 得 L=325.5769kJ/kg 九、改进前后对比 一个标准大气压下冰的溶解热约为336 kJ/kg ，改进后的实验明显更接近理论值 十、思考题 1．已知系统是质量为m ，初温为T 0的水，从温度为θ的环境吸热，经时间t 后温度升至T f ，如何由此求得系统的散热系数K ？ )()(ln t 21点θθ--??= T T M C K 任取温度上升过程中的T 1、T 2两点。 2．试定性说明下述情况将使测出的溶解热偏大还是偏小。 （1） 测T 2之前没有搅拌； 答：未搅拌导致T 2偏大，由 11303222110)(）c （1 T c T c T T m m c m c m M L +--+++=δ 得L 偏大。 （2） 测T 2后到投冰相隔了一段时间； 答：相隔了一段时间导致T2偏大，由 11303222110)(）c （1 T c T c T T m m c m c m M L +--+++=δ 得L 偏大 （3） 搅拌过程中有水溅到量热器的盖子上； 答：有水溅出导致最后系统所测得的平衡温度T3偏小，由 11303222110)(）c （1 T c T c T T m m c m c m M L +--+++= δ 得L 偏大。 （4） 冰含水或者未拭干就投入； 答：冰含水或者未拭干使得M 偏大，由 11303222110)(）c （1 T c T c T T m m c m c m M L +--+++= δ 得L 偏小。 （5）水蒸发，在量热器绝缘盖上形成露滴。 答：水蒸发带走了热量，使得T3偏小，由 11303222110)(）c （1 T c T c T T m m c m c m M L +--+++= δ 得L 偏大。 十一、总结与反思 此次《测定冰的溶解热》实验，主要是学习了牛顿冷却定律，以及两种散热修正的方法，首先，对于实验提出的修正方法。实验的装置以及两种修正方法使得实验结果很精确；但是实验者操作带来的记温误差却无法忽略，本实验所提出的利用手机摄像功能记录数据，将手机置于万用表上方拍摄其示数变化全过程，之后从视频中获取记温结果，降低操作难度并有效的提高了记温精度，以及数据处理时作图精度，使计算结果更接近冰的溶解热理论值。 这个小小的改进使我们认识到科学实验时，实验操作到数据处理的任何一个过程和细节都会直接影响到实验最终的精确度。在今后的实验中，我们一定会更加注重理论理解和细节观察，认真思考，在实验过程中发现一些小漏洞，思考并寻求更好的解决方法，以保证实验结果的精度。 电热法测热功当量 一、实验目的 (1) 学习用电热法测热功当量，即Q 与W 的比值。 (2) 了解热学实验的特殊条件和基本方法。 (3) 学会用修正中温的方法作散热修正。 二、实验方法原理 将一电阻放入一定量的水中，电阻通电t 秒，则电功为VIt A =，由电流的热效应，这些功将转化为参与热交换的工作物质的温升，则 ) ()46.0(0221100T T V m c m c m c Q f -?++++=δ 如没有热量散失到环境中去，必有热功当量J 为： Q A J = 终温修正是将散失到环境中的热量的温度的形式补偿回来，依据牛顿冷却公式。即 ), (θ-=T k dt dT θθ--''=01T T ln t k f 采用逆推的方法可以求到温度亏损 1521dT dT dT T +++= δ (计算机中有现成计算程序引资利用) 三、实验仪器 数字三用表、量热器、电子天平、温度计、加热器、水桶、停表、干拭布等 四、实验步骤 1 先将温度传感器探头悬在空气中，直接读室温θ下的电阻值。 2 用天平分别称量量热器内筒及内筒盛水后的质量。 3 再接通电源，接通前记录一次电压值V 始，立即开始搅拌，当电阻变化有规律后即记录起始电阻值R 0，然后每隔1分钟记一次电阻值，共记30次，然后记录一次电压值V 末，断开电源。 五、数据处理 时间t/s 电阻/k Ω 温度T/℃时间t/s 电阻/k Ω 温度T/℃时间t/s 电阻/k Ω 温度 T/℃ 0 1.0819 21.0225 11 1.1040 26.7179 22 1.1228 31.5705 1 1.0813 20.8680 1 2 1.1058 27.1822 2 3 1.124 4 31.9838 2 1.0841 21.5890 1 3 1.1075 27.6208 2 4 1.1261 32.4231 3 1.0865 22.2072 1 4 1.1091 28.0336 2 5 1.1278 32.8623 4 1.0878 22.5421 1 5 1.1109 28.4981 2 6 1.1294 33.2758 5 1.0902 23.1604 1 6 1.1126 28.9369 2 7 1.1312 33.7410 6 1.0933 23.9592 1 7 1.1143 29.3757 2 8 1.1328 34.1546 7 1.0961 24.6809 18 1.1160 29.8145 29 1.1345 34.5941 8 1.0985 25.2996 19 1.1176 30.2276 30 1.1362 35.0336 9 1.1003 25.7637 20 1.1194 30.6924 10 1.1022 26.2537 21 1.1210 31.1056 m 内筒 m 内筒+水 m 水 V 始 V 终 R(4) 122.33g 314.04g 191.71g 40.18V 40.24V 200.5 V=（V 始+ V 终）/2=40.21V 加热器和搅拌棒的总热容为64.38J/K m aRc V J 2 ==1.03037 六、思考题 1 如果不做散热修正，J=？，如何计算？ )](/[t 0θθ-=cm VI J 2以下因素对J 的测量带来什么影响? (1) 实验中功率电阻因热效应带来阻值变化； 水温上升上升T 度，由J = A / Q = A / （cmT ），电阻变大，T 变小，J 变大 (2) 功率电阻所加电压因电源不稳定而下降； 由J = A / Q = A / （cmT ），电压变小，T 变小，J 变大 (3) 工作媒介水因搅拌而溢出； 答：实验结果将会偏小。水被溅出，即水的质量减少，在计算热功当量时，还以所称得水的质量计算，即认为水的质量不变，但是由于水的质量减少，对水加热时，以同样的电功加热，系统上升的温度要比水没有上升时的温度要高，即水没溅出在同样电功加热时，应上升T 度，而水溅出后上升的温度应是T+ΔT 度。用 J = A / Q = A / [（T+△T ）/ mc]，分母变大J 变小。 (4) 搅拌器做功。 由J = A / Q = A / （cmT ），做功导致T 变大，J 变小 实验三 混合法测冰的熔化热 【实验简介】 温度测量和量热技术是热学实验的中最基本问题。本实验主要学习利用量热学的实验方法混合法测量冰的熔化热。量热学是以热力学第一定律为理论基础的，它所研究的范围就是如何计量物质系统随温度变化、相变、化学反应等吸收和放出的热量。量热学的常用实验方法有混合法、稳流法、冷却法、潜热法、电热法等。本实验应用混合发测冰的熔化热，使用的基本仪器为量热器。由于实验过程中量热器不可避免地要参与外界环境的热交换而散失对热量，因此，本实验采用牛顿冷却定理克服和消除热量散失对实验的影响，以减小实验系统误差。 詹姆斯·普雷斯科特·焦耳——生平简介(1818-1889) 焦耳是英国著名物理学家，1818年12月24日生于英国曼彻斯特。他研究 的实验成果有焦耳-楞次定律,焦耳气体自由膨胀实验、焦耳-汤姆孙效应、焦耳热 功当量实验、焦耳热等。焦耳于1840～1850年进行的热功当量实验为热力学第 一定律的科学表述奠定了基础。 1889年10月11日焦耳在塞尔逝世,终年71岁。 为了纪念他对科学发展的贡献,国际计量大会将能量、功、热量的单位命名为焦耳。 【实验目的】 1、掌握基本的量热方法——混合法； 2、测定冰的熔化热； 3、学习消除系统与外界热交换影响量热的方法。 【实验仪器和用具】 量热器（BDI-302A 型），数字温度计（SN2202或DM-T ）或水银温度计（0~50℃，0.1℃）、烧杯、电子天平（YJ6601）、冰柜、或恒温数显水浴锅、保温桶、小量筒（10ml,0.5ml ）、电子秒表或机械秒表等。 图 【实验原理】 1、热平衡方程式 在一定压强下，固体发生熔化时的温度称为熔化温度或熔点，单位质量的固态物质在熔点时完全 熔化为同温度的液态物质所需要吸收的热量称为熔 化热，用L 表示, 单位为J Kg 或J g 。 将质量m ，温度为0℃的冰块置入量热器内， 与质量为0m ，温度为0t 的水相混合，设量热器内系 统达到热平衡时温度为1t 。若忽略量热器与外界的 热交换，根据热平衡原理可知，冰块熔化成水并升 温吸热与水和内筒等的降温放热相等。即： 010*******()(-)mL mC t m C m C m C t t +=++ （3-1） 解得冰的熔化热为： 00112201011()(-)-L m C m C m C t t C t m = ++ （3-2） 上式中：m 为冰的质量，0m 为量热器内筒中所取温水的质量，00 4.18()C J g C =?为水的比热，1m ,1C 为量热器内筒及搅拌器的质量和比热（二者同材料）， 22m C 是温度计插入水中部分的热容（对水银温度计22 1.9m C V =，V 数值上等于温度计插入水中体积的毫升数，单位为o J C ; 对数字温度计的22m C 可不计。），0t ,1t 为投冰前、后系统的平衡温度。实验中可测出m , 0m ，1m ，22m C ，0t ,1t 的值，0C ，1C 为已知量，故可以求出L 的值。 2、初温与末温的修正 上述结论是在假定冰熔化过程中，系统与外界没有热交换的条件。实际上，只要有温度差异就必然有热交换的存在。因此必须考虑如何防止或进行修正热散失的影响。 第一，冰块在投入量热器水中之前要吸收热量，这部分热量不容易修正，应尽量缩短投放时间。第二，引起测量误差最大的原因是0t ,1t 这两个温度值，这是由于混合过程中量热器与环境有热交换。若0t 大于环境温度θ，1t 小于θ，则混合过程中，系统对外先是放热，后是吸热，至使温度计读出的初温0t 和混合温度1t 都与无热交换时的初温度和混合温度有差异，因此，必须对0t 和1t 进行修正。修正方法用图解法进行。考察投冰前、冰融化过程和冰全部融化后持续的三个阶段内的水温随时间的变化情况，作出时间~温度曲线（ABCDE ）。 实验时，从投冰前5分钟开始，每30秒测一次水温，直至冰完全熔化后5分钟为止，中间测时、测温不间断。将记录的时间~温度，在二维坐标上先描出点，再将点连成连续的曲线ABCDE ，如图3-6示：图中AB 为投冰前的放热线（近似为直线），BCD 为熔化时的曲线，DE 为熔化后的吸热线（近似为直线），B 、D 两点为为温度计实测的投冰前后的系统初、末温度。 下面讨论对曲线ABCDE 的处理方法，可以采取两种方法。 方法一、在BCD 段找出与室温θ对应的点C ，过C 作一条垂直于时间轴的垂线FG ，分别与AB 、ED 的延长线交于F 、G 。在冰熔化的过程中，当水温高于室温前（BC 段），量热器 一直在放热，故混合前的理论初温值应该低于投冰前的测量温度值（B 点值）；同理，水温低于室温后（CD 段），量热器从环境吸热，故熔化完的理论温度要低于温度计显示的最低温度值（D 点值）。如果图中BCF ，CDG 两部分的面积近似相等（一般需要多次实验改变参数，才可以达到较好的近似），根据牛 电子天平图3-5 图3-6 物理化学实验报告 溶解热的测定 实验时间：2018年4月日 姓名：刘双 班级： 学号： 1.实验目的 （1）了解电热补偿法测量热效应的基本原理。 （2）用电热补偿法测定硝酸钾在水中的积分溶解热，通过计算或者作图求出硝酸钾在水中的微分溶解热、积分冲淡热和微分冲淡热。 （3）掌握微机采集数据、处理数据的实验方法和实验技术。 2.实验原理 物质溶解于溶剂过程的热效应称为溶解热，物质溶解过程包括晶体点阵的破坏、离子或分子的溶剂化、分子电离（对电解质而言）等过程，这些过程热效应的代数和就是溶解过程的热效应，溶解热包括积分（或变浓）溶解热和微分（或定浓）溶解热。把溶剂加到溶液中使之稀释，其热效应称为冲淡热。包括积分（或变浓）冲淡热和微分（或定浓）冲淡热。 溶解热Q：在恒温、恒压下，物质的量为n2的溶质溶于物质的量为n1的溶剂（或溶于某浓度的溶液）中产生的热效应。 积分溶解热Qs：在恒温、恒压下，1mol溶质溶于物质的量为n1的溶剂中产生的热效应。 微分溶解热(ee ee2)e 1 ：在恒温、恒压下，1mol溶质溶于某一确定浓度的无限量的溶液中 的热效应。 冲淡热：在恒温、恒压下，物质的量为n1的溶剂加入到某浓度的溶液中产生的热效应。 积分冲淡热Q d:在恒温、恒压下，把原含1mol溶质和n02mol溶剂的溶液冲淡到含溶剂为n01mol时的热效应，为某两浓度的积分溶解热之差。 微分冲淡热(ee ee1) e2 或(eee ee0 ) e2 ：在恒温、恒压下，1mol溶剂加入到某一确定浓度的无 限量的溶液中产生的热效应。 它们之间的关系可表示为: dQ=(ee ee1) e2 ee1+( ee ee2 ) e1 ee2 上式在比值e1 e2 恒定下积分，得： e=(ee ee1 ) e2 e1+( ee ee2 ) e1 e2 ee2=ee，令：e1 n2 =e0，则有： ( ?Q ?n1 )=[ ?(n2Q s ?(n2n0) ]=( ?Q s ?n0 ) Q d=(ee)e01?(ee)e02 其中积分溶解热ee可以直接由实验测定，其他三种可以由ee?e0曲线求得。 欲求溶解过程中的各种热效应，应先测量各种浓度下的的积分溶解热。可采用累加的方法，先在纯溶剂中加入溶质，测出热效应，然后再这溶液中再加入溶质，测出热效应，根据先后加入的溶质的总量可计算出n0，而各次热效应总和即为该浓度下的溶解热。本实验测量硝酸钾溶解在水中的溶解热，是一个溶解过程中温度随反应的进行而降低的吸热反应，故采用电热补偿法测定。先测定体系的初始温度T，当反应进行后温度不断降低时，由电加热法使体系复原到起始温度，根据所耗电能求出热效应Q。 3.仪器和试剂 反应热测量数据采集接口装置： NDRH-1型，温度测量范围0～40℃，温度测量分辨率0.001℃，电压测量范围0～20V，电压测量分辨率0.01V，电流测量范围0～2A，电流测量分辨率0.01A。 精密稳流电源：YP-2B型。 微机、打印机。 量热计（包括杜瓦瓶，搅拌器，加热器，搅拌子）。 称量瓶8只，毛笔，研钵。 硝酸钾（A.R.） 4.实验操作 （1）取8个称量瓶，分别编号。 （2）取KNO3于研钵中，研磨充分。 （3）分别称量约 2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0、4.5g 研磨后的硝酸钾，放入 8 个称量瓶中，并精确称量瓶子与药品的总质量。记录下所称量的数据。 测定冰的熔解热 【实验简介】 温度测量和量热技术是热学实验的中最基本问题。本实验主要学习利用量热学的实验方法混合法测量冰的熔化热。量热学是以热力学第一定律为理论基础的，它所研究的范围就是如何计量物质系统随温度变化、相变、化学反应等吸收和放出的热量。量热学的常用实验方法有混合法、稳流法、冷却法、潜热法、电热法等。本实验应用混合发测冰的熔化热，使用的基本仪器为量热器。由于实验过程中量热器不可避免地要参与外界环境的热交换而散失对热量，因此，本实验采用牛顿冷却定理克服和消除热量散失对实验的影响，以减小实验系统误差。 一、实验目的： 1、理解混合法测量冰的熔解热的原理； 2、掌握用混合法测定冰的熔解热的方法； 3、学会修正散热的粗略方法。 二、实验仪器和用具： 量热器、数字温度计、电子天平、冰柜、恒温水浴锅、保温桶、秒表、干擦布。 三、实验原理： 在一定压强下，固体发生熔化时的温度称为熔化温度或熔点，单位质量的固态物质在熔点时完全熔化为同温度的液态物质所需要吸收的热量称为熔解热，用L 表示, 单位为 J Kg 或J g 。 1、熔解热的计算 若将质量为m ，温度为0 0C 的冰块置入量热器内，与质量为0m ，温度为0t 的水相混合，当量热器内系统达到热平衡时温度为1t 。设量热器内筒和搅拌器的材料相同，两者总质量为 1m ，比热容为1C 。若忽略量热器与外界的热交换，根据热平衡原理可知，冰块熔化成水并 升温吸热与水、内筒以及搅拌器的降温放热相等。即： 01001101()()mL mC t m C mC t t +=+- （1） 解得冰的熔解热为： 001101011 ()(-)L m C m C t t C t m = +- （2） 上式中：)/(18.40C g J C o ?=为水的比热容，1m ,1C 为量热器内筒及搅拌器的质量和比热容（二者同材料），0t 、1t 为冰熔化前后系统处在热平衡时的温度。01,C C 为已知量，实验中可测出0101,,,,m m m t t 的值，故可以求出冰的熔解热L 的值。 实验名称测定冰的熔解热 一、前言 物质从固相转变为液相的相变过程称为熔解。一定压强下晶体开始熔解时的温度称为该晶体在此压强下的熔点。对于晶体而言，熔解是组成物质的粒子由规则排列向不规则排列的过程，破坏晶体的点阵结构需要能量，因此，晶体在熔解过程中虽吸收能量，但其温度却保持不变。物质的某种晶体熔解成为同温度的液体所吸收的能量，叫做该晶体的熔解潜热。 二、实验目的 1、学习用混合量热法测定冰的熔解热。 2、应用有物态变化时的热交换定律来计算冰的溶解热。 3、了解一种粗略修正散热的方法——抵偿法。 三、实验原理 本实验用混合量热法测定冰的熔解热。其基本做法如下：把待测系统A和一个已知热容的系统B混合起来，并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统C （C=A+B）.这样A（或B）所放出的热量，全部为B(或A)所吸收。因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量Q，是可以由其温度的改变△T 和热容C计算出来，即Q = C△T，因此待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。 实验时，量热器装有热水（约高于室温10℃，占内筒容积1/2），然后放入适量冰块， 冰溶解后混合系统将达到热平衡。此过程中，原实验系统放热，设为Q 放 ，冰吸热溶成水， 继续吸热使系统达到热平衡温度，设吸收的总热量为Q 吸 。 因为是孤立系统，则有Q 放= Q 吸 （1） 设混合前实验系统的温度为T1，其中热水质量为m1（比热容为c1），内筒的质量为m2（比热容为c2），搅拌器的质量为m3（比热容为c3）。冰的质量为M（冰的温度和冰的熔点均认为是0℃，设为T0），数字温度计浸入水中的部分放出的热量忽略不计。设混 实验4-4 测定冰的熔解热 混合法是热学实验中的一种常用方法，其基本原理可用热平衡方程式来描述，即在一个孤立系统中，一部分物体所吸收的热量等于该系统中其它物体所放出的热量。本实验用混合 法测冰的熔解热，关键是必须保证系统为孤立系统？（即系统与外界环境没有热交换）。 【实验目的】 1 ?掌握用混合法测定冰的熔解热的方法。 2.学习散热修正的一种方法。 【实验器材】 量热器、物理天平、温度计、水、冰块、秒表、取冰夹子等。 【实验原理】 一、用混和法测定冰的熔解热 将质量为m。、温度为0°C （以厲表示）的冰放入质量为m、温度为二的温水中（温水盛在量热器的内筒里），通过搅拌待冰全部熔解后，其平衡温度为-1。在此交换过程中， 冰先吸收热量m o （■为冰的熔解热）而熔解为00C的水，再从00C升温到円，又吸收热量为5口0（可-入）,C0为水的比热容。量热器系统（内筒、搅拌器、温度计）与原来的温水放出的热量可表示为（c0m + c1m1+ c2m2+ c0m3）- ）。其中G、m1分别为铝的比热容和内筒的质量，C2、m2分别为铜的比热容和搅拌器的质量，mm3为温度计温度降10C 所放出的热量，它相当于质量为m3的水温度降10C所放出的热量，m3的值由实验室给出 （习惯上m3称为温度计的水当量）。根据平衡原理有 ■ m0 + c°m0 （刊-%）= （C0m + Gg + C2m2+C0m3）（v - n）（4-4-1）即 （c°m 补。2口2 亦3）「「打）「°）… '= （4-4-2 ） m0 1 1 C0、C1、C2 的值分另U 为C0 =4.1 7JB g K C2 =0.385J g A K A（它们随温度的变化可忽略不计）。 可以看出，本实验的关键是必须保持系统为孤立系 统？，即系统与外界环境没有热交换，热传递有三种方 式：①热传导；②热对流；③热辐射。实验中考虑了整 个“热学系统”的吸热与放热，“热 学系统”主要由量热器的内筒、搅拌器、温度计以及水 和冰块组成。量热器结构上有效地防止热传递。 量热器的结构如图4-4-1所示，为防止热传递，内 筒放在外筒内的绝热支架上可防止热传导，外筒 用绝热盖盖住，因此可防止空气与外界对流，而且空气 是热的不良导体，所以内、外筒间因对流传递 的热量可减至很小。内筒的外壁及外筒的内壁都电镀得十c^0.904J g」K」、 絶缘圈搅拌器 盖手 图4-4-1量热器结构示意图 XX大学物理学院实验报告 实验名称：测定冰的熔化热 学生姓名：XXX 学号：XX 实验日期：20XX年XX月XX日 一、数据及处理 3. 投入冰的时刻：t=250s 冰的温度：-13.0℃ 室温：26.1℃ 5. 计算得到冰的熔化热L=3.22x10J/kg 6. T-t图像： 7. 从图中得到的信息： 水的初始温度（承装水时）：39.5℃； 投入冰前水温下降速度：0.1℃/30s； 投入冰时水温：38.7℃； 冰完全融化后的温度：22.1℃； 系统达到稳定状态耗时：约100s； 投入冰时温度比室温高12.6℃，稳定后温度比室温低4℃，其比值为3.15； 二、分析与讨论 1. 误差的主要来源： 误差主要来源于搅拌过程和转移过程之中水的溅出，包括溅出到桌上与溅出到外筒里，这将直接影响冰的测量质量，由于在计算式中，冰的质量位于分母，故放大了绝对误差。因此，在失败（误差过大）一次后，采取连同外筒一起测量质量的方法，防止在取出内筒过程中造成的溅出，同时测量包括溅入外筒的水。 2. 补偿法的意义： 理论公式的适用范围是有限的，在相当多的实验情况下，不可避免的会出现超出适用范围的因素，例如本实验中的对环境吸放热，无法实现完全绝热的实验条件，带来系统的偏差。补偿法可以在一定程度上减小这些不可抗因素的影响，使作用效果相反的两种因素相互抵消以维持实验结果，从而减小实验误差。在其他的实验中，例如迈克尔逊干涉仪中，也存在着大量的补偿法应用。 3. 测量值偏小的原因： （1）取出冰块和将冰块擦干时不可避免的会与外界，特别是加持、擦拭工具间相互传热，甚至与手掌间接传热，造成温度上升，使熔化热计算值偏低； （2）读取系统热平衡温度时，由于外界导热的影响以及温度计示数的延迟使温度读取值偏大，导致熔化热计算值偏低； （3）拟合过程采取直线拟合，与原本的二次拟合存在差异，导致起始温度较推断值更高，使熔化热计算值偏低。 三、收获与感想 （1）投入冰前与最终稳定后，温度的变化较为缓慢，测量数据点可以选择更疏一些。（2）投入冰后到稳定前，温度变化非常剧烈，测量数据点可以选择更密一些。 （3）投入冰与记录时间、温度难以同时进行，故可以根据投入冰前的温度变化线性推出投入冰时刻的系统温度，以获得准确值，在其他热学实验中也可以应用。 （4）在量程允许的情况下，将整个量热器称量质量，而不取出内筒，减少必要的操作步骤，减少水的溅出带来的误差。 （5）初步了解并使用了补偿法，为以后在测电阻、迈克尔逊干涉仪等实验增加经验。 篇一：冰熔化实验报告 冰熔化实验报告 实验目的： 观察冰的熔化的过程，知道晶体的熔化特点，是吸热的过程。实验器材： 温度计，铁架台，石棉网，大烧杯，酒精灯，冰，秒表（或手表）实验步骤： 1、把装有冰块的大烧杯放在铁架台的石棉网上。 2、把温度计用铁架台上的架子固定，且温度计不接触大烧杯的底和壁。 3、把酒精灯放在石棉网下面。 4、点燃酒精灯开始加热大烧杯。 5、每隔半分钟记录一次温度计的读数。并记录下来。 6、根据记录的数据，在下表中做温度--时间图线。实验表格： 1实验结论: 实验延伸: 1.是不是所有物质的熔化都和冰的熔化一样具有相同的情况? 2.水凝固成冰的时的温度--时间图线又是怎样的? 2篇二：冰的熔解热的测定实验报告 实验名称测定冰的熔解热 一、前言 物质从固相转变为液相的相变过程称为熔解。一定压强下晶体开始熔解时的温度称为该晶体在此压强下的熔点。对于晶体而言，熔解是组成物质的粒子由规则排列向不规则排列的过程，破坏晶体的点阵结构需要能量，因此，晶体在熔解过程中虽吸收能量，但其温度却保持不变。物质的某种晶体熔解成为同温度的液体所吸收的能量，叫做该晶体的熔解潜热。 二、实验目的 1、学习用混合量热法测定冰的熔解热。 2、应用有物态变化时的热交换定律来计算冰的溶解热。 3、了解一种粗略修正散热的方法——抵偿法。 三、实验原理 本实验用混合量热法测定冰的熔解热。其基本做法如下：把待测系统 a 和一个已知热容的系统 b 混合起来，并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统 c（c=a+b）.这样 a （或 b）所放出的热量，全部为 b(或 a)所吸收。因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量 q，是可以由其温度的改变△t 和热容 c 计算出来，即 q = c△t ，因此待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。 实验时，量热器装有热水（约高于室温10℃，占内筒容积1/2），然后放入适量冰块，冰溶解后混合系统将达到热平衡。此过程中，原实验系统放热，设为 q放，冰吸热溶成水，继续吸热使系统达到热平衡温度，设吸收的总热量为 q吸。 因为是孤立系统，则有q放= q吸（1） 设混合前实验系统的温度为t1，其中热水质量为m1（比热容为c1），内筒的质量为m2（比热容为c2），搅拌器的质量为m3（比热容为c3）。冰的质量为 m（冰的温度和冰的熔点均认为是0℃，设为t0），数字温度计浸入水中的部分放出的热量忽略不计。设混合后系统达到热平衡的温度为t℃（此时应低于室温10℃左右），冰的溶解热由l表示，根据（1）式有 ml+m c1（t- t0）=（m1 c1+ m2 c2+ m3 c3）（t1- t） 因tr=0℃，所以冰的溶解热为： l? (m1c1?m2c2?m3c3)(t1?t) ?tc1 学院：信息工程学院 班级：通信152 学号：6102215051 姓名：潘鑫华 实验时间：第六周星期二下午八九十节 T T' θ J K T 1 T 1' 实验名称 测定冰的熔解热 一、实验目的 1、学习用混合量热法测定冰的熔解热。 2、应用有物态变化时的热交换定律来计算冰的溶解热。 3、了解一种粗略修正散热的方法——抵偿法。 二、实验原理 本实验用混合量热法测定冰的熔解热。其基本做法如下：把待测系统 A 和一个已知热容的系统 B 混合起来，并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统 C （C =A +B ）.这样 A （或 B ）所放出的热量，全部为 B (或 A )所吸收。因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量 Q ，是可以由其温度的改变 △T 和热容 C 计算出来，即 Q = C △T ，因此待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。 实验时，量热器装有热水（约高于室温10℃，占内筒容积1/2），然后放入适量冰块，冰溶解后混合系统将达到热平衡。此过程中，原实验系统放热，设为 Q 放 ，冰吸热溶成水，继续吸热使系统达到热平衡温度，设吸收的总热量为 Q 吸。 因为是孤立系统，则有Q 放= Q 吸 （1） 设混合前实验系统的温度为T 1，其中热水质量为m2（比热容为c0）。冰的质量为m1（冰的温度和冰的熔点均认为是0℃，设为T 0），数字温度计浸入水中的部分放出的热量忽略不计。设混合后系统达到热平衡的温度为T ℃（此时应低于室温10℃左右），冰的溶解热由L 表示，根据（1）式有 ML +m1c0（T - T 0）=m2c0（T 1- T ） 因T r=0℃，所以冰的溶解热为： L=[m2c0(T1-T2)-T2c0m1]/m1 （2） 综上所述，保持实验系统为孤立系统是混合量热法所要求的基本实验条件。为此整个实验在量热器内进行，但由于实验系统不可能与环境温度始终一致，因此不满足绝热条件，可能会吸收或散失能量。所以当实验过程中系统与外界的热量交换不能忽略 测定冰的熔化热实验报告（一）实验数据及处理 1.第一次实验数据处理 C水=4.18×103J/(Kg·K）C1=C2=0.389×103J/(Kg·K）C冰=1.80×103 J/(Kg·K） m=22.69 g m0=164.16 g T2-T3=15.2℃ 2.第二次实验数据处理 C水=4.18×103J/(Kg·K）C1=C2=0.389×103J/(Kg·K）C冰=1.80×103 J/(Kg·K） m=22.97g m0=171.13g T2-T3=13.8℃ （T2-θ):(θ-T3)= 10.1 ：3.7 （二）分析与讨论 1.从实测数据看，如果实验全过程中散热、吸热没有达到补偿，冰的熔化热结果不一定偏离“合理”的数据范围，这说明散热或吸热并不是该系统的主要实验误差来源。那么，本实验的主要误差来源是什么？ 由熔化热的公式看，对计算结果影响最大的量是m，即冰的质量。由于采用间接测量法，因此冰的质量是比较容易产生误差的，比如投冰时溅出水，就会对 算出的冰的质量产生影响，从而产生误差。 2.通过实验去体会粗略修正散热的方法——补偿法在本实验中的应用对学习做实验的意义。 在实验系统不能很好地保证绝热时，用补偿法修正系统误差是一个办法，也是一个好的思路。在这次实验中，我们应该反复摸索，对各物理参量进行合理的选择和调整，使散热和吸热基本达到补偿。 然而，实验结果证实量热器是一个很好的绝热系统，因此，在分析系统误差来源时，应实事求是地、定量地进行分析，不能将误差的来源归结为系统的散热、吸热未能达到补偿。 3.在本实验室提供的条件下，实测熔化热的结果通常小于文献值 L=3.34×105J/Kg，你能分析是什么原因吗？ 本实验未计算温度计插入水中的部分带来的影响。 大学物理实验报告 课程名称：物理设计类实验 实验名称：冰的熔解热的测定 学院：专业班级： 学生：学号： 实验地点：座位号： 实验时间：第八周星期三下午十五时四十五分开始 关。 由此可知，用混合量热法测冰的熔解热时，应尽量让室温处在水的初、终温之间，使系统向外界吸、放的热量基本抵消。在实验过程中，从混合前一段时间到混合后一段时间均记下温度和时间的关系，绘制T-t 曲线，如图(1)中的实线部分。图中T1约为B 点对应的水的初温，T2约为C点对应的系统平衡温度，我们用眼睛估寻一个温度，由它对应的G 点绘制一条EGF 直线平行于T 轴，它与BGC 线组成两个小面积BGE 和CGF。估寻的原则是这两个小面积相等。 图(1)中由T1 降温到θ'过程是系统向环境散热： q 散= ?t t B G k ( T - θ ) d t 温度从θ'降到T2 过程是系统从环境吸热： q 吸= ?t t G c k ( T - θ ) d t q吸和q散正是上述两个小面积，他们相等时便使交换的总热量正好为零。应该指出，由于冰块越溶越小，表面积也变小，交换热量速度变慢，所以T-t 曲线上的BC 段明显地不是直线，其斜率越来越小。 本实验对温度的测量采用精度为1℃的水银温度计和数字万用表测温档。 时间（s）120 135 150 165 180 195 210 温度（摄氏度）12 11.8 11.6 11.4 11.2 11.2 11.2 温度大概稳定后 时间（s）240 300 360 420 480 540 温度（摄氏度）11.2 11.4 11.6 11.8 12 12 由数据可以作图： 得T1=31.8摄氏度，T2=10.6摄氏度。 由公式L=T2×T0(T1?T2)?T1T2T0 T1 混合法测冰的熔化热 一、实验目的： 1、掌握基本的量热方法——混合法； 2、测定冰的熔化热； 3、学习消除系统与外界热交换影响量热的方法。 二、实验仪器和用具： 量热器、数字温度计、烧杯、电子天平、冰柜、恒温水浴锅、保温桶、秒表、毛巾。 三、实验原理： 在一定压强下，固体发生熔化时的温度称为熔化温度或熔点，单位质量的固态物质在熔点时完全熔化为同温度的液态物质所需要吸收的热量称为熔化热，用L 表示, 单位为 J Kg 或J g 。 1、熔化热的计算 若将质量m ，温度为0 0C 的冰块置入量热器内，与质量为0m ，温度为0t 的水相混合，设量热器内系统达到热平衡时温度为1t 。若忽略量热器与外界的热交换，根据热平衡原理可知，冰块熔化成水并升温吸热与水和内筒等的降温放热相等。即： 01001101()()mL mC t m C mC t t +=+- 解得冰的熔化热为： 001101011 ()(-)L m C m C t t C t m = +- 上式中：0 0 4.18()C J g C = 为水的比热，1m ,1C 为量热器内筒及搅拌器的质量和比 热（二者同材料），0t 、1t 为冰熔化前后系统处在热平衡时的温度。实验中可测出 0101,,,,m m m t t 的值，01,C C 为已知量，故可以求出冰的熔化热L 的值。 2、系统始末温度的修正 上述结论是假定在冰熔化过程中，系统与外界没有热交换的条件下。实际上，系统与外界只要有温度差异就必然有热交换存在。因此必须考虑如何防止或进行修正，以减少热交换的影响。 第一，冰块在投入量热器水中之前要吸收热量，这部分热不容易修正，应尽量缩短投放冰块的时间。 第二，引起测量误差最大的原因是01,t t 这两个温度值，这是由于冰熔化过程中量热器与环境有热交换。若0t 大于环境温度θ，1t 小于θ，则混合过程中，系统对外先是放热，后是吸热，至使温度计读出的初温0t 和末温1t 都与理想情况下的初温和末温有差异。因此，必 KNO 3溶解热的测定 一、实验目的 1.用电热补偿法测定KNO 3在不同浓度水溶液中的积分溶解热。 2.用作图法求KNO 3在水中的微分冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热。 二、预习要求 1.复习溶解过程热效应的几个基本概念。 2.掌握电热补偿法测定热效应的基本原理。 3.了解如何从实验所得数据求KNO 3的积分溶解热及其它三种热效应。 4.了解影响本实验结果的因素有那些。 三、实验原理 1.在热化学中，关于溶解过程的热效应，引进下列几个基本概念。 溶解热： 在恒温恒压下，n 2摩尔溶质溶于n 1摩尔溶剂(或溶于某浓度的溶液)中产生的热效应，用Q 表示，溶解热可分为积分(或称变浓)溶解热和微分(或称定浓)溶解热。 积分溶解热：在恒温恒压下，一摩尔溶质溶于n 0摩尔溶剂中产生的热效应，用s Q 表示。 微分溶解热：在恒温恒压下，一摩尔溶质溶于某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应，以1,,2n p t n Q ???? ????表示，简写为1 2n n Q ???? ????。 冲淡热：在恒温恒压下，一摩尔溶剂加到某浓度的溶液中使之冲淡所产生的热效应。 冲淡热也可分为积分(或变浓)冲淡热和微分(或定浓)冲淡热两种。 积分冲淡热：在恒温恒压下，把原含一摩尔溶质及n 01摩尔溶剂的溶液冲淡到含溶剂为 n 02时的热效应，亦即为某两浓度溶液的积分溶解热之差，以d Q 表示。 微分冲淡热：在恒温恒压下，一摩尔溶剂加入某一确定浓度的无限量的溶液中产生的 热效应，以2,,1n p t n Q ???? ????表示，简写为2 1n n Q ???? ????。 2.积分溶解热(s Q )可由实验直接测定，其它三种热效应则通过s Q —n 0曲线求得。 设纯溶剂和纯溶质的摩尔焓分别为)1(m H 和)2(m H ，当溶质溶解于溶剂变成溶液后，在溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为m H ,1和m H ,2，对于由1n 摩尔溶剂和2n 摩尔溶质组成的体系，在溶解前体系总焓为H 。 )2()1(21m m H n H n H += ( 1 ) 设溶液的焓为H ′， m m H n H n H ,22,11/+= ( 2 ) 冰的熔解热的测定 摘要：用混合法测定冰的熔解热是把冰和一个容量已知的系统混合起来达到热平衡，在与外界没有热交换条件下冰吸收的热量等于系统在实验过程中放出的热量，放出的热量可由温度的改变和热容量计算出来，冰的熔解热可根据条件计算出来。 关键词:冰的比熔解热、吸热、放热、散热修正 引言： 将一定质量的冰和一定质量的水混合,当混合后的系统达到一定的温度后,冰全部熔解为同温度的水,根据热力学第一定律,冰熔解所吸收的热量与水降温所放出的热量相等.只要测量出系统与外界的换热量、水的质量、冰的质量等,就可以求出冰的熔解热.文中采用混合法测量冰的熔解热，实验中并未考虑系统环境的散热损失.本实验研究方法中采用测量系统中水的质量变化来测量冰的质量。实验用混合法来测定冰的熔解热，即把待测的系统和一个已知其热容的系统混合起来，并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统 （）。这样（或）所放出的热量，全部为（或）所吸收。因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量是可以由其温度的改变和热容计算出来的，即 。因此，待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。由此可见，保持系统为孤立系统，是混合量热法所要求的基本实验条件，这要从仪器装置、测量方法及实验操作等各方面去保证。如果实验过程中与外界的热交换不能忽略，就要做散热或吸热修正。温度是热学中的一个基本物理量，量热实验中必须测量温度。一个系统的温度，只有在平衡态时才有意义，因此计温时必须使系统温度达到稳定而均匀。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。 1.1实验原理： 一定压强下的晶体开始熔解时的温度称为该晶体在此压强下的熔点，质量为1g的某种物质的晶体熔解为相同温度的液体所吸收的热量叫做该晶体的熔解热。本实验采用混合量热测定冰的熔解热，其基本原理是：把待测系统和一个已知其热容的系统混合起来，并使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统。于是，在此孤立系统中已知其热容的系统吸收(或放出的热量也就是待测系统放出(或吸收的热量。已知其热容的系统吸收(或放出的热量可通过其温度的变化及其热容来求得，于是待测系统放出(或吸收的热量也便可求得。为了使实验系统成为一个孤立系统，我们采用了量热器。量热器的种类很多，随测量的目的、要求、测量精度的不同而异。最简单的一种如图2-27所示，它是由热的良导体做成的内筒，放在一较大的外筒中组成。通常在内筒中放水、温度计及搅拌器，这些东西(内筒、温度计、搅拌器及水连同放进的待测物体就构成了我们所考虑的(进行实验的系统，内筒、水、温度计和搅拌器的热容可以测知。量热器的内筒置于一绝热架上，外筒用绝热盖盖住，因此其内的空气与外界对流很小。又因空气是不良导体，所以内、外筒间通过热传导传递的热量便可减至很少。同时由于内筒的外壁及外筒的内外壁都十分光亮，使得它们向外辐射热或吸收辐射热的本领 实验目的： 1、 理解冰的熔解热测量实验的设计原理及实验所必须具备的条件。 2、 掌握用混合量热法测定冰的比熔解热的。 3、 学会用图解法估计和消除系统散热损失的修正方法。 4、 熟悉数字温度计及水银温度计的使用。 二、实验原理： 单位质量的固体物质在熔点时从固态全部变成液态所需的热量，称为该物质的比熔解热，一般用 L 来表示。 实验时将质量为 m !克0 C 的冰投入盛有 m 2克T 「C 水的量热器内筒中， 设冰全部熔解为水后平衡温度为 T ?C ，设 量热器内筒、搅拌器的质量分别为 m 3、 m 4,其比热容分别为 C 2和水的比热容为 C 。。根据混合量热法的原理， 冰全部熔解为同温度(0C)的水以及其从 0C 升到T ?C 过程中所吸收的热量等于其余部分(水 m !、量热器内筒 m 3、 搅拌器m 4)从温度TJC 降到T 2C 时所放出的热量，有 (m 2c 0 m 3C | m 4q )(￡ -T 2) = m 丄 口兀。。 ---------------------- (1) 冰的熔解热的实验公式为 1 L — 血5 mhG m (4C 2)(T i -T 2)-T z C 。 ---------------------- (2) m 1 式中水的比热容 C 0=4.18 x 103J/kg C 。 本实验“热学系统”依据混合量热法测量冰的熔解热，必须在系统与外界绝热的条件下进行实验。为了满足此 条件，从实验装置、测量方法和实验操作等方面尽量减少系统与外界的热交换。但由于实际上往往很难做到与外界 完全没有热交换，因此，必须研究如何减少热量交换对实验结果的影响，也就是在实验中，要进行散热修正，使系 统的散热与吸热相互抵消。 近似与温度差成正比，其数学式为 式中T 为系统的温度，T 0为环境的温度，k 为散热系数, 由此可知，用混合量热法测冰的熔解热时，应尽量让室温处在水的初、终温之间，使系统向外界吸、放的热量 牛顿冷却定律指出，当系统与环境的温度差不大(不超过 10?15C)时，单位时间内该系统与周围交换的热量 只与系统本身的性质有关。 实验：测定冰得熔解热 实验者：1400012105 郭伟杰 院系：生命科学学院 实验时间：2016/3/2 实验目得： 1、了解热学实验中得基本问题——量热与计温 2、了解粗略修正散热得方法 3、学习进行合理得实验安排与参量选择 实验原理： 晶体物质得熔点就是该物质固液平衡时得温度，单位质量得晶体物质在熔点时从固态全部变为液态所需得热量叫做该晶体得融化热。 本实验采用混合量热法来测定冰得熔化热，即通过某已知质量与比热得物质，计算该物质在与待测熔化热得物质得混合中所传递得热量等于未知物质所吸收得热量，即冰从初始温度T1上升至熔点0℃-在0℃熔化-液体从0℃上升至最终温度T3所吸收得热量等于已知物质水从初始温度T2下降到最终温度T3时所释放得热量，用公式表示为 公式中m为冰得质量，T0为冰得熔点，T1为冰得初始温度，T2为水得初始温度，T3为体系平衡后得最终温度，m0为水得质量，m铜为实验仪器量热筒内筒与搅拌器得总质量，c0为水得比热容，c1为铜质物得比热容，c2为冰得比热容。 实验最理想得体系为孤立体系，即体系与外界之间无能量与物质交换，但实 际中很难做到体系与外界无热量交换，因此要调整实验用水得初温，以达到体系向外界散失得热量与从外界吸收得热量相等。需要用到牛顿冷却定律粗略修正散热： 公式中为系统散热，为时间间隔，K为散热常量，为实验时室温。 结合实验分析，在刚投入冰时，水温高，冰得熔化速率快，故系统表面温度下降快，随着冰得不断熔化，冰块逐渐变小，水温逐渐降低，冰得融化速度变慢，当系统温度低于室温时，系统从环境中吸收热量。体系与环境交换得热量为： 故，只要SA与SB大致相等，则系统与外界得热量交换总量几乎为0。根据 经验公式在时，吸热与放热近乎相等。 仪器用具： 量热器，电子天平（JA21001 分度值0、01g 稳定时间3s），数字温度计（半导体Pn结温度计，铂电阻传感器温度计），毛巾，秒表 实验内容： 1、用天平称量量热器内筒与搅拌器得总质量m铜 2、记录环境室温θ 3、向内筒中注入高于室温10-12℃得热水约2/3体积，称出此时质量m铜 +水，求得m水 4、不断轻轻用搅拌器搅拌内筒中得水，当系统内温度相对稳定时，开始测 量量筒内水温得变化，每20s记录一次，至水温几乎不变。 大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：冰的熔解热的测量 冰的熔解热的测量 一、 实验项目名称：冰的熔解热的测量 二、 实验目的 1.理解熔解热的物理意义，掌握用混合量热法测定冰的熔解热. 2.学会用图解法估计和消除系统散热损失的修正方法. 三、 实验原理 单位质量的固体物质在熔点时从固态全部变成液态所需的热量，称为该物质的比熔解热，一般用L 来表示。 实验时将质量为m 1克0℃的冰投入盛有m 2克T 1℃水的量热器内筒中，设冰全部熔解为水后平衡温度为T 2℃，保温杯、搅拌器的质量分别为m 3、 m 4，其比热容分别为C 1、C 2和水的比热容为C 0。根据混合量热法的原理，冰全部熔解为同温度（0℃）的水并从0℃升到T 2℃过程中所吸收的热量等于其余部分（水m 1、保温杯m 3、搅拌器m 4）从温度T 1℃降到T 2℃时所放出的热量，有 (1) 冰的熔解热的实验公式为 (2) 式中水的比热容C 0=4.18×103J/kg ℃。 本实验“热学系统”依据混合量热法测量冰的熔解热，必须在系统与外界绝热的条件下进行实验。为了满足此条件，从实验装置、测量方法和实验操作等方面尽量减少系统与外界的热交换。由于实验系统不可能与环境温度始终一致，因此不满足绝热条件，可能会吸收或散失能量。因此，要适当地选择参数进行散热修正。牛顿冷却定律告诉我们，一个环境的温度T 如果略高于环境温度T 0（两者的温度差不超过10℃），系统就会散失热量，散热速率与温度差成正比，用数学 形式表示为 当时（即直线围成的两 块面积近似相等），系统的散热与吸热相互抵消，就可以将系统很好地近似为一个孤立系统。 203142121120()()m c m c m c T T m L mT C ++-=+20314212201 1 ()()L m c m c m c T T T C m = ++--0()dQ K T T dt =-A B S S ≈ 大学物理实验报告课程名称:大学物理实验 实验名称：冰的比熔化热的测量 学院名称：机电工程学院 专业班级：车辆工程151班 学生姓名：吴倩萍 学号：5902415034 实验地点：基础实验大楼D508 实验时间：第二周周三下午15：45开始 一、实验目的： 1．理解熔化热的物理意义，掌握混合量热法测定冰的熔化热。 2.学会一种用图解法估计和消除系统散热损失的修正方法。 3.熟悉集成温度传感器的特性及定标。 二、实验原理： 1.混合量热法测定冰的比熔化热 比熔化热是指在一定压强下，单位质量物质从固相转变为同温度的液相的过程中所吸收的热量，称为该物质的比熔化热，本书中用L 来表示。在一定的压强下，结晶的固体要升高到一定的温度才熔解，在熔解过程中物质的温度保持不变，这一温度称为熔点。如在大气压下，冰熔解时温度保持为0℃，而且由冰熔化而成的水也保持为0℃，直到冰全部熔化成水为止。 将质量为m 1温度为0℃的冰投入盛有质量为m 2温度为T 1的水的量热器内筒中，设冰全部熔化为水后平衡温度为T 2，设量热器内筒、搅拌器的质量分别为m 3、m 4，其比热容分别为c 1、c 2，水的比热容为c 0。由混合量热法原理可知，冰全部熔化为同温度（0℃）的水以及其从0℃升到T 2过程中所吸收的热量等于其余部分（水m 1、量热器内筒m 3、搅拌器m 4）从温度T 1降到T 2时所放出的热量： (m 2c 0+m 3c 1+m 4c 2)(T 1?T 2)=m 1L +m 1T 2c 0 (16-1) 冰的熔化热的实验公式为： L = 1m 1 (m 2c 0+m 3c 1+m 4c 2)(T 1?T 2)?T 2c 0 (16-2) 式中水的比热容C 0=4.18×103 J/(kg ·℃)，铝制的内筒、搅拌器比热 冰的溶解热实验散热修正探究实验 报告 基础物理实验研究性报告冰的溶解热实验散热修正探究作者学号2014年12月17日目录测定冰的溶解热实验............................................................... ................................................ 1 ——研究性报告............................................................... ................................................ 1 一、摘要............................................................... .................................................................... 1 二、实验原理............................................................... (1) 1、基本原理............................................................... 热修正............................................................... ...................................................... 3 三、实验仪器............................................................... (5) 四、主要步骤............................................................... (6) 五、数据记录与处理............................................................... ................................................ 7 1、实验数据............................................................... ...................................................... 7 2、数据处理............................................................... ...................................................... 8 六、误差及散热修正讨论............................................................... ...................................... 10 1、误差分混合法测冰的熔化热
物理化学实验报告_溶解热的测定
测定冰的溶解热
冰的熔解热的测定实验报告
测定冰的熔解热
冰的熔化热-实验报告
冰熔化实验报告
冰的熔解热的测定实验报告
测定冰的熔化热-实验报告
冰的熔解热实验报告
大学物理实验讲义(冰的熔化热) (1)
溶解热的测定(KNO3溶解热的测定)
冰的熔解热的测定.
冰的溶解热实验报告
测量冰的溶解热
冰的比熔化热的测量实验报告
南昌大学大物实验报告-冰的熔化热的测量
冰的溶解热实验散热修正探究实验报告