冰的熔解热测定

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1、冰的熔解热测定【实验目的】1．了解热学实验中的基本问题——量热和计温；2．了解粗略修正散热的方法；3．进行实验安排和参量选择。【实验仪器】量热器，物理天平或电子天平，数字温度计（-10.0～100.0oC一支），停表等。本实验用量热器组成一个近似绝热的孤立系统，以满足实验所要求的实验基本条件。量热器的种类很多，因测量的目的、要求、测量精度的不同而异。本实验采用结构最简单的一种如图4-15-1所示，它由两个用导热良好的金属（如铜）做成的内筒和外筒相套而成。内筒放在外筒内的绝热支架上，外筒用绝热盖盖住，因此空气与外界对流很小，又因空气是热的不良导体，所以内、外筒间借热传导方式传递

2、的热量便可以减至很小。同时由于内筒的外壁及外筒的内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，于是我们进行实验的系统和环境之间因辐射而产生热量的传递也可以减小。这样的量热器已经可以使实验系统粗略地接近于一个绝热的孤立系统了。【实验原理】1．混合量热法测量冰熔解热原理在一定压强下，晶体熔解时的温度称为熔点。单位质量的晶体熔解为同温度的液体时所吸收的热量，称为熔解潜热，也称熔解热L。不同的晶体有不同的熔解热。本实验是量热学实验中的一个基本实验，采用了量热学实验的基本方法——混合量热法。它所依据的原理是，在绝热系统中，某一部分所放出的热量等于其余部分所吸收的热量。将

3、M克0℃的冰投入盛有m克T1℃水的量热器内筒中。设冰全部熔解为水后平衡温度为T2℃，若量热器内筒、搅拌器和温度计的质量分别为m1、m2和m3，其比热容分别为C1、C2和C3，,水的比热容为C0114。则根据混合量热法所依据的原理，冰全部熔解为同温度（0℃）的水及其从0℃升到T2℃过程中所吸收的热量等于其余部分从温度T1℃降到T2℃时所放出的热量，即（4-15-1）由此可得冰的熔解热为（4-15-2）在上式中，水的比热容C0为4.18×103J/kg.℃,内筒、搅拌器和温度计都是铜制的，其比热容C1=C2=C3=0.378×103J/kg.℃。2．实验过程中的散热修正图4-15

4、-2冰的熔解热实验T-t曲线前已指出，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，我们应该从实验装置、测量方法和实验操作等方面尽量减少热交换。但是，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。设图4-15-2所示的温度-时间曲线是在进行冰的熔解热实验过程中绘制的，T1'为水的初温，它较环境温度T0高，因此，在投入冰块之前，由于向外界散热，水温也随时间而缓慢降低，如AB段所示。与B点相应的温度为T1，它就是投入冰块时的温度。在刚投入冰块时，水温高，冰的有效面积大，熔解快，因此系统温度T降低较快，如BC段所示；随着冰的不断

5、熔化，冰块逐渐变小，水温逐渐降低，冰熔解就慢了，水温的降低就变缓慢了，如CD段所示。D点的温度为T2，它是冰块和水混合后的最低平衡温度。此后，由于系统从外界吸热，水温缓慢升高，如DE段所示。牛顿冷却定律指出，当系统与环境的温度差不大（不超过10～15℃）时，系统温度的变化率与温度差成正比，其数学式为（4-15-3）式中T为系统的温度，T0为环境的温度，k’为散热系数，只与系统本身的性质有关。设系统的热容为C，并注意到,于是，上式可改写为114（4-15-4）式中k=k‘C,也是常数。根据上式，实验过程中，即系统温度从T1变为T2这段时间（t1～t2）内系统与环境间交换的热量为

6、（4-15-5）前一项T-T0>0，系统散热，后一项T-T0<0,系统吸热，两积分对应与图4-15-2中面积由此可见，SA与系统向外界散失的热量成正比，即有Q散=KSA；SB与系统从外界吸收的热量成正比，即有Q吸=KSB。因此，只要SA≈SB，系统对外界的吸热和散热就可以相互抵消。要使SA≈SB，就必须使（T1-T0）>（T0-T2），究竟T1和T2应取多少，或（T1-T0）：（T0-T2）应取多少，要在实验中根据具体情况调整选择。具体做法是要进行多次实验，而且在做完某次实验并绘制出T～t曲线后，根据SA和SB的面积判断出下一次实验应如何改变T1和T2。如此反复多次，就能找出

7、最佳的初温T1和末温T2。上述这种使散热与吸热相互抵消的作法，往往要经过若干次试验，才能获得比较好的效果。【实验内容与步骤】1．冰的制备将冰从冰箱取出后置于0℃的容器中，过一段时间后再取出并用干布揩干其表面的水后可作为待测的样品了。2．合理选择各个参数的数值在做实验时可以适当选择数值的参量有水的质量m、冰的质量M、始温T1及末温T2。在做第一次实验时，T1可比环境温度高10℃～15℃114，水的体积约为量热器内容积的三分之二左右，放入的冰块必须能全部被水淹没，使冰尽快溶解。若末温太低，第二次实验时为了提