物化实验一恒温槽的装配与性能测定.docx
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物化实验一恒温槽的装配与性能测定
恒温槽的装配与性能测定
摘要本实验通过测量绘制恒温槽恒温后温度时间曲线，分析恒温槽在不同条件下的灵敏度等性能参数，初步掌握其构造及恒温原理。
关键词恒温槽灵敏度贝克曼温度计
1.前言
在许多物理化学实验中，由于待测的数据如折射率、粘度、电导、蒸汽压、电动势、化学反应的速度常数、电离平衡常数等都与温度有关。
因此，这些实验都必须在恒温的条件下进行，这就需要各种恒温的设备。
通常用恒温槽来控制温度，维持恒温。
一般恒温槽的温度都相对的稳定，多少总有一定的波动，大约在±0.1℃，如果稍加改进也可达到0.01℃。
所以在实验中恒温槽的灵敏度对分析实验结果，以及恒温槽的改进都有着重要的意义。
本实验就是通过对温控仪测量并控制恒温槽灵敏度的测量，分析以及讨论，来研究恒温槽的改进。
2.实验部分
（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：
△T（℃）～t（sec）
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：
△T（℃）～t（sec）
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
100
0.0070
-0.0947
1030
0.0509
180
0.1055
-0.1045
1240
0.1050
45
70
0.018
-0.012
/
0.015
有以上的数据及图的对比可以得到：
（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
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。
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
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。
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
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。
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
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。
（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：
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
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