试验碰撞试验

实验八 冷却法测量金属的比热容 73 实验八实验八 冷却法测量金属的比热容冷却法测量金属的比热容 用冷却法测定金属或液体的比热容是量热学中常用的方法之一 若已知标准样 品在不同温度的比热容 通过作冷却曲线可测得各种金属在不同温度时的比热容 热电偶数字显示测温技术是当前生产实际中常用的测试方法 它比一般的温度计测 温方法有着测量范围广 计值精度高 可以自动补偿热电偶的非线性因素等优点 本实验以铜样品为标准样品 而测定铁 铝样品在 100 或 200 时的比热容 通过实验了解金属的冷却速率和它与环境之间温差的关系 以及进行测量的实验条 件 实验目的实验目的 1 掌握用冷却法测定金属的比热容 测量铁 铝金属样品在 100 或 200 温度 时的比热容 2 了解金属的冷却速率与环境之间的温差关系 以及进行测量的实验条件 实验仪器实验仪器 DH4603 型冷却法金属比热容测量仪 待测量金属材料样品 铜 铁 铝 等 实验原理实验原理 单位质量的物质 其温度升高 1K 或 1 所需的热量称为该物质的比热容 其值随温度而变化 将质量为的金属样品加热后 放到较低温度的介质 例如 1 M 室温的空气 中 样品将会逐渐冷却 其单位时间的热量损失 与温度 Qt 下降的速率成正比 于是得到下述关系式 8 1 1 11 Q c M tt 式中为该金属样品在温度时的比热容 为金属样品在的温度下降速率 1 c 1 1 t 1 根据冷却定律有 8 2 1110 m Q S t 式中为热交换系数 为该样品外表面的面积 m 为常数 为金属样品的温 1 1 S 1 度 为周围介质的温度 由式 8 1 和 8 2 可得 0 实验八 冷却法测量金属的比热容 74 8 3 1 111110 mc MS t 同理 对质量为 比热容为的另一种金属样品 可有同样的表达式 2 M 2 c 8 4 1 222210 mc MS t 由式 8 3 和 8 4 可得 2 22 2220 1 1110 11 m m c M S t S c M t 所以 1 1 2220 21 2 1110 2 m m M S t cc S M t 假设两样品的形状尺寸都相同 例如细小的圆柱体 即 两样品的表 12 SS 面状况也相同 如涂层 色泽等 而周围介质 空气 的性质当然也不变 则有 于是当周围介质温度不变 即室温恒定 两样品又处于相同温度 12 0 时 上式可以简化为 12 8 5 11 21 22 M t cc M t 因为热电偶的热电动势与温度的关系在同一小温差范围内可以看成线性关系 即 所以式 8 5 可以简化为 11 22 E tt E tt 8 6 12 21 21 Mt cc Mt 如果已知标准金属样品的比热容 质量 待测样品的质量及两样品在 1 c 1 M 2 M 实验八 冷却法测量金属的比热容 75 温度时冷却速率之比 就可以求出待测的金属材料的比热容 几种金属材料的 2 c 比热容见下表 Fe cal g A1 cal g Cu cal g 100 0 1100 2300 0940 实验步骤与要求实验步骤与要求 1 开机前先用加热四芯线和热电偶线两组线连接好加热仪和测试仪 2 选取长度 直径 表面光洁度尽可能相同的三种金属样品 铜 铁 铝 用 物理天平秤出它们的质量 M 再根据 这一特点 把它们区别开来 Cu M Fe M Al M 3 使热电偶端的铜导线与数字表的正端相连 冷端铜导线与数字表的负端相连 当样品加热到 150 时 切断电源移去加热源 样品继续安放在与外界基本隔绝的 有机玻璃圆筒内自然冷却 筒口须盖上盖子 记录样品的冷却速率 100 t 比热 容温度 热电偶 图 8 1 冷却法金属比热容测 量仪 数字电压表 样品 数字电压表 实验八 冷却法测量金属的比热容 76 方法 记录数字电压表上示值约从降到所需的时间 从而计算 1 E 2 Et 2 E E t 按铁 铜 铝的次序 分别测量其温度下降速度 每一样品应重复测量 6 次 注意 1 仪器的加热指示灯亮 表示正在加热 如果连接线未连好或加热温度过 高 超过 200 导致自动保护时 指示灯不亮 升到指定温度后 应切断加热电 源 2 测量降温时间时 按 计时 或 暂停 按钮应迅速 准确 以减小人为 计时误差 3 加热装置向下移动时 动作要慢 应注意要使被测样品垂直放置 以使加 热装置能完全套入被测样品 4 数据记录 处理与分析 样品质量 g g g Cu M Fe M Al M 热电偶冷端温度 样品由下降到所需时间 单位为 s 1 E 2 E 以铜为标准 1Cu c c 0 0940 cal g K 铁 Cal g K 12 21 21 Mt cc Mt 铝 Cal g K 13 31 31 Mt cc Mt 预习思考题预习思考题 1 比热容的定义是什么 单位是什么 2 为什么实验应该在防风筒 即样品室 中进行 课后习题课后习题 1 测量三种金属的冷却速率 并在图纸上绘出冷却曲线 如何求出它们在同一 温度点的冷却速率 次数 样品 123456 平均值 t Fe Cu A1 实验八 冷却法测量金属的比热容 77 附录附录 一 一 DH4603 型金属比热容测定仪介绍与使用说明型金属比热容测定仪介绍与使用说明 本实验装置由加热仪和测试仪组成 加热仪的加热装置可通过调节手轮自由升 降 被测样品安放在有较大容量的防风圆筒即样品室内的底座上 测温热电偶放置 于被测样品内的小孔中 当加热装置向下移动到底后 对被测样品进行加热 样品 需要降温时则将加热装置移上 仪器内设有自动控制限温装置 防止因长期不切断 加热电源而引起温度不断升高 测量试样温度采用常用的铜 康铜做成的热电偶 其热电势约为 0 0 042 mVC 将热电偶的冷端置于冰水混合物中 带有测量扁叉的一端接到测试仪的 输入 端 热电势差的二次仪表由高灵敏 高精度 低漂移的放大器放大加上满量程为 20mV 的三位半数字电压表组成 这样当冷端为冰点时 由数字电压表显示的 mV 数查表 即可换算成对应待测温度值 图 8 2 DH4603 型金属比热容测定仪测试仪 实验八 冷却法测量金属的比热容 78 二 铜二 铜 康铜热电偶分度表康铜热电偶分度表 热电势 mV 温度 0123456789 10 0 383 0 421 0 458 0 496 0 534 0 571 0 608 0 646 0 683 0 720 00 000 0 039 0 077 0 116 0 154 0 193 0 231 0 269 0 307 0 345 00 0000 0390 0780 1170 1560 1950 2340 2730 3120 351 100 3910 4300 4700 5100 5490 5890 6290 6690 7090 749 200 7890 8300 8700 9110 9510 9921 0321 0731 1141 155 301 1961 2371 2791 3201 3611 4031 4441 4861 5281 569 401 6111 6531 6951 7381 7801 8821 8651 9071 9501 992 502 0352 0782 1212 1642 2072 2502 2942 3372 3802 424 602 4672 5112 5552 5992 6432 6872 7312 7752 8192 864 702 9082 9532 9973 0423 0873 1313 1763 2213 2663 312 803 3573 4023 4473 4933 5383 5843 6303 6763 7213 767 903 8133 8593 9063 9523 9984 0444 0914 1374 1844 231 1004 2774 3244 3714 4184 4654 5124 5594 6074 6544 701 1104 7494 7964 8444 8914 9394 9875 0355 0835 1315 179 1205 2275 2755 3245 3725 4205 4695 5175 5665 6155 663 1305 7125 7615 8105 8595 9085 9576 0076 0566 1056 155 1406 2046 2546 3036 3536 4036 4526 5026 5526 6026 652 1506 7026 7536 8036 8536 9036 9547 0047 0557 1067 156 1607 2077 2587 3097 3607 4117 4627 5137 5647 6157 666 1707 7187 7697 8217 8727 9247