0216李冉用电热法测定水的比热容

实验论文

用电热法测液体的比热容

姓名：李冉 学号：[1**********]6 学院：理学院 班级：09物理

用电热法测液体的比热容实验论文

班级：09物理班 学号：[1**********]6 姓名：李冉

摘要：主要介绍了电热量热器测定水的比热容的一种新方法.当达到稳定状态时,电阻丝中电流产生的热量等于流过的水吸收的热量与散逸到环境中的热量之和,利用实验消去了散逸到环境中的热量这一未知因素，即对实验进行散热修正。

关键词 ：电热量热器 温度 电流 电压 热量 质量 散热修正 比热容 升温 降

温 标准不确定度

引言 比热是通过比较单位质量的某种物质温升1℃时吸收的热量，来表示各种物质的不同性质。 水的比热最大。这就意味着，在同样受热或冷却的情况下，水的温度变化要小些。水的这个特征对气候的影响很大。水比热大的特点，在生产、生活中也经常利用。如汽车发动机、发电机等机器，在工作时要发热，通常要用循环流动的水来冷却。冬季也常用热水取暖。水的比热容是4.2*103焦/千克·摄氏度,蒸气的比热容是2.1*103焦/千克·摄氏度。通过实验我们可以更了解水的这一些性质，因此设计了如下用电热法测的比热容的实验方案，对水的比热容的大小展开了一系列研究。

1. 试验目的：

a． 研究电热量热方法； b． 用电热法测水的比热； c． 学会进行散热修正，

d. 学会一种减小测量误差的方法。 2. 实验器材：

量热器 温度计 稳压电源 电流表 电压表 电子天平 机械秒表 小烧杯 量筒 3.

实验原理：

设在量热器中，装有 质量为m、比热容c为的液

体，液体中安置着阻值为 R的电阻。如果按照实验 电路图6-1连接好电路，然

后闭合开关，则有电流通 过电阻，根据焦耳—楞次 定律，电阻产生的热量为

Q放I2RT

本实验中，由电流产生热量。如果电热丝两端的电势差为V，通过的电流为I，则电流在时间t内产生的热量为VIt。

假定损失的热量可以忽略，即全部热量用于提高量热器及水的温度，（初温T0到终温Tn）。这样，如果m′和c′分别为量热器的质量和比热容，m为水的质量，C为水的比热容，有

（mc＋m′c′）（Tn－t0）＝VIt

根据实验所给的器材及要研究的内容，由热平衡方程可以得出：

C温V1C铝m铝C电极m电极IVT

（1） C水

m水（T-T0）m水

由这个式子可以求出水的比热C水。

2). 散热修正

由于通电过程中，系统温度与环境温度不相一致，所以，实验系统与外界的热量交换是不可避免

的。设系统实际达到的末温Tn与无热量交换时所应抵达的末温Tn偏离Tn，则有： TnTnT 根据牛顿冷却定律，在系统与环境温差不大，且处于自然冷却的情况下，系统的降温制冷速率：





dQ

K(T) dt

式中，K是一个与系统表面积成正比、并随表面辐射本领及系统热容而变的常数，称为降温常数。

其物理意义为：单位温差下，单位时间内因与外界的热量交换而导致的温度变化量。

单位：。T和及分别表示系统的表面温度及环境温度。

以相等的时间间隔时间

系统温

的变化。为求降温常数，切断加热电源后，仍连续记录连续记录通电加热过程中系统温度T0,T1,T2,T3......Tn随

T0......Tm随时间 度Tn1,Tn2,Tn3......

温不变时， 热而导致的总温降Tn。



的变化。当可假定室

n1

1

(T0Tn)Tin2i1

整理后可得 Tn(T0Tm) （2） m1

1

(T0Tm)Tim2i1

即可得到修正温度Tn。

4. 实验步骤：

1）.按照图6-1连接电路。

2）.用物理天平称出量热器内筒(玻璃杯)、搅拌器的质量。 3）.给玻璃杯内加入约为玻璃杯容积2/3的待测液体，再用物 理天平称出质量，从而计算出待测液体的质量。

4）.将玻璃杯放入量热器中，注意不要将液体溅出，插好温 度计，盖好盖子。

5）.打开电源开关，调节电源电压在15V左右，观察电流表电 流(约1A)，然后断开开关，轻轻搅动搅拌器，读取温度计的读 数T1。

6）.按下开关，开始加热的同时，按下秒表开始计时。 7）.不断用搅拌器搅动，使整个量热器内各处的温度均匀。

待升高一定温度后 ，切断电源，同时记下温度Tn，切断电源后并不能立刻停止计时，应继续计时，记下减温过程中各时刻的温度，以便于最后计算修正温度。 8）.记录数据代入公式计算。



5 .实验数据

6.数据处理

n1

1

(T0Tn)Tin2i1

（1）温度修正Tn(T'mT'o).

1

(T0Tm)Timi2n1

1

a .(T0Tn)Ti986.40C

2i1m11

b.(T0Tm)Ti566.60C 2i1

将a.b代入公式得：

Tn0.950C

得修正温度为：TnTnTn35.500C

C温V1C铝m铝C电极m电极IVT

C水

m水（T-T0）m水

将Tn代入公式得

C水4.194103J/Kg0C

（2）标准不确定度的计算： 对天平：Uc5.77102g 对温度计： Uc5.771020C 对量筒：Uc5.77102ml 对秒表：Uc5.77103s 对电压表：Uc2.89102V 对电流表：Uc5.7710A 合成不确定度：

2

UcC水UU2UUUU2U电流表2u温2222

）（天平）（天平）（天平)2(秒）量）(）（量筒）TmmmtVIV

047103J/Kg.0C

测量结果：C水（40190.47）103J/Kg.0C

7.讨论：

a．实验过程中，由于量热器内的系统与外界有温度差，会使得系统内部一部分热量散失到外界系统中，造成实验中水吸收的热量要比电阻的产热要少，因此需进行散热修正。 b．实验中实验仪器本身上会对测量结果造成误差，视觉上的误差，造成测量数据不太精确在实验中也是不可避免的。

c.实验于散热因素多会使整个实验过程不易控制和测量。 c.玻璃管及温度计的比热容也会因实验者选水的多寡，以及有系统温度向室温的过渡区域的影响而变得难以估计；等等。

d.此外本实验的目的还在于寻求一种水的比热容的绝对测量方法，不希望给出更多的物理学常数，而是通过实验实地测量来实现。

e.在测量时可能还存在视觉误差，因为实验所需时间较长 8.注意事项：

8.1.注意电路连接正确，以防电极接反而损坏仪表；

8. 2．量热器内注入待测样品水后方可接通电源，以防加热器玻璃套管炸裂；

8. 3．实验过程中，应不断轻轻搅拌，以使温度计示值确能代表系统的表面温度； 8.4．正确使用双路可跟踪直流稳定电源、数字式温度计，注意维护停表及烧杯等； 8.5．实验结束后应将内筒擦干，并将其他仪器用品整理复原。

参考文献：

杨述武、赵立竹 第四版《普通物理实验册》； 秦允豪 普通物理教材《热学》；

实验论文

用电热法测液体的比热容

姓名：李冉 学号：[1**********]6 学院：理学院 班级：09物理

用电热法测液体的比热容实验论文

班级：09物理班 学号：[1**********]6 姓名：李冉

摘要：主要介绍了电热量热器测定水的比热容的一种新方法.当达到稳定状态时,电阻丝中电流产生的热量等于流过的水吸收的热量与散逸到环境中的热量之和,利用实验消去了散逸到环境中的热量这一未知因素，即对实验进行散热修正。

关键词 ：电热量热器 温度 电流 电压 热量 质量 散热修正 比热容 升温 降

温 标准不确定度

引言 比热是通过比较单位质量的某种物质温升1℃时吸收的热量，来表示各种物质的不同性质。 水的比热最大。这就意味着，在同样受热或冷却的情况下，水的温度变化要小些。水的这个特征对气候的影响很大。水比热大的特点，在生产、生活中也经常利用。如汽车发动机、发电机等机器，在工作时要发热，通常要用循环流动的水来冷却。冬季也常用热水取暖。水的比热容是4.2*103焦/千克·摄氏度,蒸气的比热容是2.1*103焦/千克·摄氏度。通过实验我们可以更了解水的这一些性质，因此设计了如下用电热法测的比热容的实验方案，对水的比热容的大小展开了一系列研究。

1. 试验目的：

a． 研究电热量热方法； b． 用电热法测水的比热； c． 学会进行散热修正，

d. 学会一种减小测量误差的方法。 2. 实验器材：

量热器 温度计 稳压电源 电流表 电压表 电子天平 机械秒表 小烧杯 量筒 3.

实验原理：

设在量热器中，装有 质量为m、比热容c为的液

体，液体中安置着阻值为 R的电阻。如果按照实验 电路图6-1连接好电路，然

后闭合开关，则有电流通 过电阻，根据焦耳—楞次 定律，电阻产生的热量为

Q放I2RT

本实验中，由电流产生热量。如果电热丝两端的电势差为V，通过的电流为I，则电流在时间t内产生的热量为VIt。

假定损失的热量可以忽略，即全部热量用于提高量热器及水的温度，（初温T0到终温Tn）。这样，如果m′和c′分别为量热器的质量和比热容，m为水的质量，C为水的比热容，有

（mc＋m′c′）（Tn－t0）＝VIt

根据实验所给的器材及要研究的内容，由热平衡方程可以得出：

C温V1C铝m铝C电极m电极IVT

（1） C水

m水（T-T0）m水

由这个式子可以求出水的比热C水。

2). 散热修正

由于通电过程中，系统温度与环境温度不相一致，所以，实验系统与外界的热量交换是不可避免

的。设系统实际达到的末温Tn与无热量交换时所应抵达的末温Tn偏离Tn，则有： TnTnT 根据牛顿冷却定律，在系统与环境温差不大，且处于自然冷却的情况下，系统的降温制冷速率：





dQ

K(T) dt

式中，K是一个与系统表面积成正比、并随表面辐射本领及系统热容而变的常数，称为降温常数。

其物理意义为：单位温差下，单位时间内因与外界的热量交换而导致的温度变化量。

单位：。T和及分别表示系统的表面温度及环境温度。

以相等的时间间隔时间

系统温

的变化。为求降温常数，切断加热电源后，仍连续记录连续记录通电加热过程中系统温度T0,T1,T2,T3......Tn随

T0......Tm随时间 度Tn1,Tn2,Tn3......

温不变时， 热而导致的总温降Tn。



的变化。当可假定室

n1

1

(T0Tn)Tin2i1

整理后可得 Tn(T0Tm) （2） m1

1

(T0Tm)Tim2i1

即可得到修正温度Tn。

4. 实验步骤：

1）.按照图6-1连接电路。

2）.用物理天平称出量热器内筒(玻璃杯)、搅拌器的质量。 3）.给玻璃杯内加入约为玻璃杯容积2/3的待测液体，再用物 理天平称出质量，从而计算出待测液体的质量。

4）.将玻璃杯放入量热器中，注意不要将液体溅出，插好温 度计，盖好盖子。

5）.打开电源开关，调节电源电压在15V左右，观察电流表电 流(约1A)，然后断开开关，轻轻搅动搅拌器，读取温度计的读 数T1。

6）.按下开关，开始加热的同时，按下秒表开始计时。 7）.不断用搅拌器搅动，使整个量热器内各处的温度均匀。

待升高一定温度后 ，切断电源，同时记下温度Tn，切断电源后并不能立刻停止计时，应继续计时，记下减温过程中各时刻的温度，以便于最后计算修正温度。 8）.记录数据代入公式计算。



5 .实验数据

6.数据处理

n1

1

(T0Tn)Tin2i1

（1）温度修正Tn(T'mT'o).

1

(T0Tm)Timi2n1

1

a .(T0Tn)Ti986.40C

2i1m11

b.(T0Tm)Ti566.60C 2i1

将a.b代入公式得：

Tn0.950C

得修正温度为：TnTnTn35.500C

C温V1C铝m铝C电极m电极IVT

C水

m水（T-T0）m水

将Tn代入公式得

C水4.194103J/Kg0C

（2）标准不确定度的计算： 对天平：Uc5.77102g 对温度计： Uc5.771020C 对量筒：Uc5.77102ml 对秒表：Uc5.77103s 对电压表：Uc2.89102V 对电流表：Uc5.7710A 合成不确定度：

2

UcC水UU2UUUU2U电流表2u温2222

）（天平）（天平）（天平)2(秒）量）(）（量筒）TmmmtVIV

047103J/Kg.0C

测量结果：C水（40190.47）103J/Kg.0C

7.讨论：

a．实验过程中，由于量热器内的系统与外界有温度差，会使得系统内部一部分热量散失到外界系统中，造成实验中水吸收的热量要比电阻的产热要少，因此需进行散热修正。 b．实验中实验仪器本身上会对测量结果造成误差，视觉上的误差，造成测量数据不太精确在实验中也是不可避免的。

c.实验于散热因素多会使整个实验过程不易控制和测量。 c.玻璃管及温度计的比热容也会因实验者选水的多寡，以及有系统温度向室温的过渡区域的影响而变得难以估计；等等。

d.此外本实验的目的还在于寻求一种水的比热容的绝对测量方法，不希望给出更多的物理学常数，而是通过实验实地测量来实现。

e.在测量时可能还存在视觉误差，因为实验所需时间较长 8.注意事项：

8.1.注意电路连接正确，以防电极接反而损坏仪表；

8. 2．量热器内注入待测样品水后方可接通电源，以防加热器玻璃套管炸裂；

8. 3．实验过程中，应不断轻轻搅拌，以使温度计示值确能代表系统的表面温度； 8.4．正确使用双路可跟踪直流稳定电源、数字式温度计，注意维护停表及烧杯等； 8.5．实验结束后应将内筒擦干，并将其他仪器用品整理复原。

参考文献：

杨述武、赵立竹 第四版《普通物理实验册》； 秦允豪 普通物理教材《热学》；