混合法测量溶液比热容Word文档格式.docx

1、收稿日期： 2016-01-12基金项目 ： 河西学院校长基金（XZ2014-20） ; 河西学院教改项目 （ HXXYJY-2014-024）.作者简介： 董光兴 （1971- ） , 男，甘肃平凉人，副教授，研究方向：量子光学、普通物理教学54董光兴王军，等：混合法测量溶液比热容拌器 外筒、内筒搅拌器、待测溶液和热水组成测定系统实验装置如图 I.水银温度计搅拌器量热器塑料外筒图 1 量热器示意图Fig.IScheme of the calorimeter instrument混合法是把存在温度差的热水与食盐溶液混合，根据热平衡原理，热水与溶液混合过程中， 热水放出的热量与溶液吸收的热量相等

2、但是混合系统不可避免与外界存在热交换，有热量的散失为了减小这部分误差，混合法测量比热容实验要求热水的温度高千环境温度，食盐水的温度低千环境温度在混合过程中当系统的温度高千环境温度，系统向环境散热，当混合系统的温度低千环境温度，系统从环境中吸收热量，实验调节混合系统的比例，使混合过程中系统与环境之间交换的正负热鼠量值相等，则可认为系统在整个过程中向环境散失热量为零，这就是补偿法热量修正的方法 6 _ 但在本实验中， 食盐溶液置千实验室环境之中其初始温度与环境温度相等， 因此用补偿法进行散热修正的方法无法应用，需要一种新的散热修正的方法进行数据处理根据比热容的定义， 已知某物质的比热容C , 可以

3、计算出质量为 m 的该物质在温度升高或降低 时吸收或放出的热最Q6 :Q=CmdT（1）热平衡原理指温度不同的物体混合后，热械将由高温物体传给低温物体若和外界没有热交 换，最后就会得到均匀的稳定不变的平衡温度在这个过程中，高温物体放出的热量等千低温物体 吸收的热量叽Q 吸 = Q放（ 2）现将一定质量的热水放在量热器内，由千系统与外界的热交换的存在热水的散热速率可根据牛顿冷却定律计算表示气dQl = - k（r 1 -0）dtl（3）式中 d1t 为热水散热时间 ， q 为热水温度， 0 为环境温度将食盐溶液与热水在量热器内 混合后，均匀搅拌使其达到热平衡在这个过程中系统向外界散失热量的速率也

4、可以用牛顿冷却定律来 计算：坐 = - k （r2 -0）dt2（4）55河西学院学报2016 年第 2 期式中也 为混合系统散热时间 ， 互 为混合系统 温度， o 为环境温度 . k 为比例 系数， 它与系统和环境有关， 在本实验中环境相对稳定 ， 两式中的 K 值相同联合（3 ）式和（4 ）式可以推导出盐溶液与热水混合后达到热平衡的过程中混合系统向外界散失的热量的近似值为：Q2 = 亿一- 0）一M,QI（5）1-0Ml其中dQI 是热水降温过程中散失的热掀 ， 可用水的热容乘以温度变化蜇计算则在整个混合过程中， 热水散失的热量减去系统向外界散失的热扯t1Q2 等于盐溶液吸收的热蜇 ，

5、若设水的比热容为 C, 溶液的比热容为C 根据热平衡方程式可得下式 ：C, =（Cm+m,c,+m 凸 + l.9 8 V ） 亿- r ,）-了;,一飞旁釭,M（rs -0）（6）其中 m 是热水的质阰， M 是盐水的质最， T。是热水的初温， Ts 是混合液体的平衡温度- 式是计算散热速率时热水系统温度的变化差值. M,是计算散热时热水降温所需时间间隔， Mz 是计算散热大小时混合液降温所需时间间隔而（ Cm+ m,c, + m凸 + 1. 9 8 V ） 是热水、量热器内筒、搅拌器和温度计插入水中部分的总热容2.2 实验结果与讨论选择水的比热 容为常温下（ 20 C ） 的数值 C=4.

6、18 2 x 103 J/Kg*C, 星热器内筒（ 10 2.65g ） 为铜 质材料， 比热为 0 .385 x 10 3 J/Kg*t, 搅拌器（ 12.28g ） 为铁质材料， 其比热为 0 .4 8 1x 103 J/Kg*t:, 温度计的恁热容为 l .98J/C. 混合溶液的配比方法是 l g 盐晶体加入 100 ml 水中， 可认为制成 1% 浓度的溶液（浓度近似表示）实验的测址数据和依据我们的散热修正的处理方法得到不同浓度溶液的比热容 在表 1 中列出表 1 溶液浓度与比热Tab.IThermal conductiities of rubber浓度热水质址溶液质扯系统初温系统终

7、温环境温度溶液比热容（g）（C）（J/g*1%100.0599.8030.3025.2021.304.1382%100.70100.5032.4026.3620.254.1303%100.30100.4030.4025.9020.553.9154%99.7599.6030.2024.7019.303.9515%100.60100.0031.0025.4020.423.9526%100.02100.1030.9025.8520.053.8987%100.0831.2025.1018.703.8588%103.30103.4025.8020.303.8829%81.6581.0530.5026.5

8、223.003.82010%100.01100.2029.2024.5019.553.75912%100.4526.2020.253.75614%101.58lOl.6029.3024.5019.103.70515%100.5029.4025.0221.303.69816%101.10101.4031.1026.1021.303.67517%80.5080.5527.5522.903.64456董光兴王军，等：浓度（t）（J/g*18%100.8031.0926.023.57920%80.3580.2726.7023.2018.503.56122%101.2028.5024.4018.653.

9、31924%99.9019.203.21726%103.95100.0625.543.12928%30.1825.123.04430%103.50103.2032.1426.823.038热水质植溶液质肚系统初温系统终温环境温度溶液比热容在扯热学上，液体和气体的比热容测量一般用比较法，相比混合法，这种方法测得的实验结果较为准确6 _ 分析表1 数据， 本文混合法测址配合误差修正所得的结果与文献中现有数据比较， 误差较小， 可以认为结果是可信的 文献中在 20条件下气 2%食盐溶液的比热容是4.07, 本文结论是 4.130, 误差为0.06 ; 6%食盐溶液的比热容是 3.89, 本文结论是

10、3.898, 误差为0.008 ; 10 %食盐溶液的比热容是3.73, 本文结论是 3.759, 误差为0.029.2007 年何晓明等报道了他们用比较法测量的20%食盐溶液在22条件下的比热容为3.5104气 本文结论是 3.129, 误差为0.3814. 2011 年， 武银兰和张青兰报道了饱和食盐水比热容的测扯结果 ， 认为其比热容的数值在 3.212-3.243（J/g*）范围内 S J_ 饱和食盐水一般是指 25%浓度的食盐溶液 ； 本文的测量结果是在 3.038以下（J/g* ）范围内， 约为 2.933J/g* , 考虑到本文实验是在夏天进行 ， 实验室的环境温度多数情况下大于 20屯， 盐溶液的比热容本身会小 于 20 条件下的比热因此， 这是比较好的一个结果另外在 20时，食盐在水里的溶解度为 36g, 本文测扯了室温下溶解度以内不同浓度盐溶液的比热容，并给出浓度与比热容的相关关系， 如图 2 所