物化实验一恒温槽的装配与性能测定Word下载.docx
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(一)仪器与试剂
玻璃缸1个秒表1个
贝克曼温度计1支温控仪1台
0~50℃的1/10的温度计1支搅拌马达1个
电加热丝1个蒸馏水导线若干
(二)实验步骤
1、将蒸馏水注入水浴槽中,根据恒温槽组装的原则,按下图分别将所需各部件按要求装备好
图1-1恒温槽装置图
1-浴槽;
2-加热器;
3-搅拌器;
4-温度计;
5-感温元件(热敏电阻探头)6-恒温控制器;
7-贝克曼温度计。
2、将贝克曼温度计调节好,使其水银柱在30℃时停止在中间位置。
(见附录贝克曼温度计的调节与使用)
3、将温控仪、250V可调变压器、电加热丝按电路图1-2连接好,并将搅拌马达接到另一只1kV的可调变压器的输出端,接好电源线。
4、将控温仪热敏探头固定在恒温槽的一定位置,注意可浸入部分不可超过200mm,并将所有调压器电压调至最低。
5、经老师许可后插好电源,调电压开启搅拌使其有一快慢适中的搅拌速度。
打开温控仪电源,控制温控仪使之黄红灯交替明亮息灭,这时恒温槽处于恒温状态。
6、恒温槽灵敏度测量:
(1)机械自动化控制
①低温、不同加热电压情况下的恒温控制及其恒温槽性能比较
在既使用调压器和发热管,也使用控温器的情况下,将温度控制并恒温到30℃。
达到指定温度后,分别将调压器调节为180V和100V两个加热电压,等继电器不断地开关跳动表现恒温以后,然后自行选用一种电子数字温差计测量温差△T与时间t的变化曲线:
△T(℃)~t(sec)
②高温、不同加热电压情况下的恒温控制及其恒温槽性能比较
在既使用调压器和发热管,也使用控温器的情况下,将温度控制并恒温到45℃。
达到指定温度后,分别将调压器调节为180V和100V两个加热电压,等继电器不断地开关跳动表现恒温以后,用温差计测量温差△T与时间t的变化曲线:
③几乎相同的低加热电压,不同温度时的恒温控制及其恒温槽性能比较
将①与②中相同的低加热电压(即相同的低加热速度),不同温度(即不同散热速度)下的曲线进行比较,请说明观察到的现象。
④几乎相同的高加热电压,不同温度时的恒温控制及其恒温槽性能比较
将①与②中相同的高加热电压(即相同的高加热速度),不同温度(即不同散热速度)下的曲线进行比较,请说明观察到的现象。
(2)人工手动控制
⑤没有控温器时的恒温控制及其恒温槽性能及比较:
在只使用调压器和发热管,而不使用控温器的情况下(相当于将接触温度计的位置调节到50℃,并使发热管始终处于加热状态即可),不断调节调压器的输出电压值使温度恒温到45℃。
等温度稳定以后,停止调压器输出电压调节,用温差计测量温差△T与时间t的变化曲线:
将这条变化曲线与②中的两条变化曲线比较说明观察到的现象
3.结果与讨论
判断依据
(a)表示恒温槽灵敏度较高;
(c)表示加热器功率太大;
(b)灵敏度较低;
(d)表示加热器功率太小或散热太快。
灵敏度
最高温度为t1;
最低温度为t2
(一)实验结果
如图1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2分别表示了低温时、高温时不同加热电压下恒温槽恒温后温度差随时间的变化,其中黄色的直线表示所要控制的温度,红色的直线表示t1、t2。
从图中可以看出,取三个周期最高温度和最低温度的平均值可以得到:
温度℃
控制电压
V
t1
℃
t2
周期s
灵敏度
℃
30
100
0.0333
-0.0977
1580
0.0655
180
0.1470
-0.0930
1680
0.1200
45
0.0070
-0.0947
1030
0.0509
0.1055
-0.1045
1240
0.1050
70
0.018
-0.012
/
0.015
有以上的数据及图的对比可以得到:
加热电压为100V时相较于180V时,恒温槽的灵敏度要高,而且温度的变化周期要短。
根据图可得得知:
30℃时,100v电压加热,曲线类似于(d)图,所以可以得知这时加热器的功率太小;
180v电压加热时,曲线类似于(b)图,表明其灵敏度较低。
可能原因有,电压加大,加热速率加大,同时加热惯性也大,使得恒温槽的灵敏度降低。
这说明了低温时,灵敏度可能与加热速率有关。
高温45℃时,不同加热电压时,温度时间曲线的走向与低温时大致相同。
也是电压越高灵敏度越低,温度变化周期越长。
综合①可以得知,恒温槽的灵敏度可能与加热速率有关。
用相同的低压100V加热时,恒温控制温度为30摄氏度时相较于较高温45℃来说,恒温槽的灵敏度要低一些,而且温度变化周期要长一些。
从图中可以看出,温度升高时曲线的斜率要大于温度下降时曲线的斜率,说明升温速度要大于散热速度,所以温度变化周期主要取决于散热速度。
而体系加热后与环境的温差越大,其散热速度越快,当然散热速度还要取决与接触面积、空气流速等因素,但是在本实验中对比过程中,周期主要取决于体系与环境的温差。
同样,体系与环境温差加大,使得散热速率加快,与加热速率相持,由实验数据可以看出,温度对于灵敏度没有太大的影响。
所以,低电压时,随温度的升高,恒温槽的灵敏度有一定幅度的增加,周期则是大大地缩短。
同低电压时的情况相同,随温度的升高,恒温槽的灵敏度有一定幅度的增加,温度变化周期则大大地缩短。
综合③可以得知,恒温槽加热电压一定时,恒温槽所需控制的温度越高,其灵敏度越高,其温度变化周期越短,及恒温槽的稳定性越好。
从实验结果以及试验曲线(3-1中手动确定一电压后没有在改变,3-2中恒温过程中,改变了加热电压,以保持其持续的高灵敏度)可以看出,利用人工控制恒温槽恒温时,恒温槽的灵敏度大大地增加,而且温度变化周期极大地缩短,但是长时间不去根据恒温槽温度变化情况改变电压的话,恒温槽的温度会持续上升,虽然上升的幅度很小,但是持续下去,并不能保证恒温槽的温度仍处在设定温度的附近。
所以虽然在某一段很短的时间内恒温槽的灵敏度很高,但是要保持其温度恒定,恒温槽的高灵敏度,则需要有人一直在近旁操作,这一点对于短时间的实验来说影响不大,反而可以保持更好的热稳定性,但是对于长时间的恒温实验来说无疑是得不偿失,相对起来反而是机械控制的更稳定,更符合人们所需,所以虽然手动控制可以增大恒温槽的灵敏度,但是它的持续性不好的缺点仍有待解决。
4.结论
本实验通过对继电器控制恒温槽恒温后温度时间曲线的研究,以及手动控温的探究发现:
恒温槽的灵敏度以及温度变化周期不仅与加热电压(加热速度)有关,还与控制温度(散热速率)有关,一般来说随着温度或加热电压的增大恒温槽的灵敏度增大,周期减小;
手动控温寻找合适的加热电压(加热速率)可以在短时间内保持较高的灵敏度,但是总体来说其稳定性及实用性都不如机械控温,其中最需解决的问题便是如何提高其持续性。
根据以上的结论我问可以知道恒温槽之所以能够恒温,主要是依靠恒温控制器来控制恒温槽的热平衡。
当恒温槽的热量由于对外散失而使其温度降低时,恒温控制器就驱使恒温槽中的电加热器工作,待加热到所需要的温度时,它又会使其停止加热,使恒温槽温度保持恒定。
参考文献
【1】《物理化学实验》柯燕雄单绍纯中国科学技术大学出版社
【2】《物理化学实验》北京大学化学系北京大学出版社
AssemblyofThermostaticBath
andPerformanceMeasure
ZhouJunlingPB07206109
DepartmentofChemicalPhysics,UniversityofScience&
TechnologyofChina
AbstractInthisexperimentweuseequipmenttocontrolthetemperatureandthevoltageregulatortoassemblethethermostaticbathourselves.Wegottheknowledgeofitsstructureandprincipletowork.Moreoverwedrewthegraphoftemperaturedifferenceandtimetoanalyseitssensitivity.
Keywordsthermostaticbathcontactthermometersensitivity