热学演示实验
2.5-2.6热力学第二定律 第三定律 演示文稿
T
2.5.3 克劳修斯提出熵的概念
• 对于不可逆过程，克劳修斯写道：“在一循 环过程中所有变换的代数和只能是正数。即 N＞0。他将这种变换称为”非补偿的“变换。 • 虽然在上式中，等价值N是不严格的（因为 没有采用绝对温标），但N这个函数已经具 备了熵的基本特性。 • 1865年，克劳修斯发表《热的动力理论的基 本议程的几种方便形式》，他明确用T表示绝 对温标，提出用S表示Q/T，认为S是只与状 态有关的量，并且建议将其命名 为”Entropie( 熵）“。
2.5.2 W.汤姆生研究热力学第二定律
开尔文在1852年发表的“关于自然界中机械 能耗散的普遍趋向”一文中，把克劳修斯的 公理说成是：一台不借助任何外界作用的自 动机器，把热从一个物体传到另一个温度比 他高的物体，这是不可能的。今天把他说成： 热不能自动地有低温物体转移到高温物体上 去。这就是称之为热力学第二定律的克劳修 斯表述。
2.6.1
气体的液化与低温的获得 －－液化工作的改进
• 1883年，波兰物理学家乌罗布列夫斯基（S。 Wroblewski,1845-1888)和化学家奥耳舍夫斯 基（K.Olszewski,1846-1915)合作，将以上 两种方法综合运用，并作了两点改进：
– 一是将液化的氧用一小玻璃管收集； – 二是将小玻璃管置于盛有液态乙烯的低温槽中 （温度保持在－130℃），这样他们就第一次收 集到了液氧。
p 完 全 液 体 48.1℃ 完全汽化 C （临界点） 31.3℃ B c D b 汽液平衡区 V
2.6.1 气体的液化与低温的获得 －－氧的液化 • 1877年，几乎同时由两位物理学家分别用不同的方 法实现了氧的液化。
– 法国人盖勒德（Louis Paul Cailletet,1832-1913)将纯净的 氧压缩到300大气压，再把装有压缩氧气的玻璃管置于二 氧化硫蒸气（－29℃）中，然后令压强突降，这时在管 壁上观察到了薄雾状的液氧。 – 瑞士人毕克特（Paous-Pierre Pictet,1846-1929)从日内 瓦打电报给法国科学院：“在320大气压和140冷度（即 －140℃）下联合使用硫酸和碳酸液化氧取得成功。”他 用真空泵抽去液体表面的蒸气，液体失去了速度最快的 分子而降温，然后用降温后的液体包围第二种液体，再 用真空泵抽去第二种液体表面的蒸气，它的温度必然低 于第一种液体，如此一级一级联下去，终于达到了氧的 临界温度。
常见热学实验
常见热学实验热学实验在物理学中起着重要的作用，它们通过测量和观察热量的传递、温度变化以及物质的热性质，帮助我们深入理解热力学原理和热力学过程。
本文将介绍一些常见的热学实验，并简要说明它们的实验原理和操作步骤。
一、热传导实验热传导是物体内部热量传递的过程，常用的热传导实验是测量不同材料导热性能的实验。
实验原理是利用热量从高温到低温的传导，测量不同材料导热速率的差异。
实验装置：实验装置包括热源、热传导棒和温度计。
热源提供高温，热传导棒用于传导热量，温度计测量棒上不同位置的温度。
操作步骤：首先将热源加热至一定温度，将热传导棒的一端与热源接触，然后将棒的另一端放置在冷却器中。
通过测量传导过程中各部位的温度变化，计算得到不同材料的导热性能。
二、热膨胀实验热膨胀是物体在受热时体积或长度发生变化的现象，热膨胀实验用于测量物体热膨胀系数。
实验装置：实验装置通常包括一个测量装置，如卡钳式膨胀计，一个恒温水槽和一个加热装置。
操作步骤：首先将测量装置安装在待测物体上，然后将待测物体放入恒温水槽中。
通过加热水槽中的水，使水温升高并传导给待测物体，测量装置会记录物体长度或体积的变化。
三、比热容实验比热容是物质吸收或释放单位质量热量所引起的温度变化的能力，比热容实验用于测量物质的比热容。
实验装置：实验装置通常包括一个热源、一个物质样品和温度计。
操作步骤：首先测量物质样品的质量，并将其加热到一定温度。
然后将加热后的样品置于一个装有水的容器中，测量水的温度变化。
通过测量物质输送给水的热量和水的质量，可以计算得到物质的比热容。
四、相变实验相变是物质在温度或压力变化时从一个态转变为另一个态的过程，相变实验用于研究物质的相变规律和热力学性质。
实验装置：实验装置通常包括一个热源、物质样品和一个温度计。
操作步骤：首先将物质样品加热至其熔点，然后记录熔化过程中的温度变化。
当物质完全熔化后，继续加热直到其沸点，记录沸腾过程中的温度变化。
通过观察和记录不同相变过程中的温度变化，可以研究物质的相变规律和热力学性质。
物理热学实验讲解课堂实录
物理热学实验讲解课堂实录实验一：测量固体物体的热传导热学实验是物理学中非常重要的实验之一，通过实际操作探索热学原理，了解物质的热传导性质。
在这堂讲解课中，我们将学习如何测量固体物体的热传导。
实验准备：1. 实验器材：导热杯、导热棒、温度计、计时器等。
2. 实验材料：不同材质的固体物体，如铜、铁、木头等。
3. 实验环境：尽量保持室温稳定，避免外界干扰。
实验步骤：1. 将导热棒通过夹具固定在台架上，并确保导热棒两端没有直接接触其他物体。
2. 将导热杯的一端贴紧导热棒的中央，以确保热能能够传导到导热杯中。
3. 用温度计测量导热杯的初始温度，并记录下来。
4. 打开计时器，并开始计时。
5. 定期使用温度计测量导热杯的温度，并将结果记录在数据表中，时间间隔可根据实际需要确定。
6. 当导热杯的温度升高到一定程度，例如超过初始温度的两倍时，停止计时。
7. 根据实验数据计算导热杯的热传导速率，并进行数据分析。
实验原理：热传导是指物体内部的热能由高温区域向低温区域传递的过程。
在本实验中，导热棒起到导热的作用，将热能从一个端口传递到另一个端口。
通过测量导热杯的温度变化情况，我们可以了解到不同材质的固体物体对热的传导速率的影响。
实验结果与分析：通过实验数据的分析，我们可以发现不同材质的固体物体对热传导的速率存在明显差异。
通常来说，金属材料（如铜）具有较高的热传导性能，而非金属材料（如木头）则相对较低。
这是因为金属中的自由电子具有良好的热传导性能，而非金属则主要通过分子间的振动传递热能。
实验应用：热学实验在科学研究以及工程领域中具有广泛的应用。
通过研究不同物质的热传导特性，我们可以优化材料的热管理性能，用于设计更高效的散热装置。
同时，热学实验也为我们提供了探索热能传递规律的有效途径，有助于理解自然界中热现象的本质。
结论：通过本次实验，我们了解了固体物体的热传导性质及其测量方法。
热学实验的实际操作有助于加深对物理学原理的理解，并培养了实验技巧和数据分析的能力。
科学课演示实验记录表
年级：四年级实验教师：李斌
实验名称
食物营养成分
实验时间
9.10 9.12
实验
材料
酒精灯、碘酒、馒头、滴管、瘦肉、花生、白纸、碟子
实
验
过
程
1、把少量米饭放在碟子上，用滴管向米饭上滴2-3滴碘酒，观察发生的现象。
2、把花生放在白纸上用力挤压，观察白纸上留有的痕迹。
3、将切成细条的瘦肉放在酒精灯火焰上灼烧，注意闻一闻，有什么气味？
实验
材料
液体对流演示器、高锰酸钾、火柴、酒精灯、铁架台、液体对流演示器、高锰酸钾、火柴、酒精灯、铁架台
实
验
过
程
1、在液体对流演示器内装满水，把它固定在铁架台上，放入一点高锰酸钾。
2、用酒精灯加热演示器底部的一角。
3、观察水中高锰酸钾的流动方向。
实验结论
加热烧杯的底部，水受热会变轻上升，周围较冷的水会流过来补充，然后又被加热上升……冷水热水不断相对流动，使整个杯子逐渐变热。
实
验
过
程
1、将铜棒固定在支架上，在火柴头上抹少许凡士林，依次粘在铜棒的三个凹痕上。
2、用酒精灯回执铜棒的一端，观察有什么现象。
观察到火柴由被加热的一端向另一端逐渐脱落。
实验结论
热可以沿着铜棒传递，从温度高的一端传向温度低的一端。
科学课演示实验记录表
年级：四年级实验11.28
实验结论
1、加入碘酒后，米饭变成蓝色，说明大米中含有淀粉。2、在白纸上挤压花生后，会在纸上留下油迹，说明花生中含有脂肪。3、将瘦肉在火上烧后，会闻到一股难闻的、烧焦的气味，说明瘦肉内含有蛋白质。
科学课演示实验记录表
年级：四年级实验教师：李斌
用纸做的初中热学实验
用纸做的初中热学实验在初中物理中，热学是一个重要的知识模块。
利用纸作为实验材料，可以开展一系列有趣的实验，帮助学生更好地理解热学的相关原理。
以下是用纸做的初中热学实验的详细步骤：1. 探究纸的燃烧与温度的关系实验材料：纸、打火机、尺子、温度计实验步骤：(1)将温度计固定在桌子上，记录初始温度T1。
(2)点燃纸片，用尺子量出火焰的高度，观察火焰的颜色和温度计的读数变化。
(3)当纸片完全燃烧后，记录温度计的最终温度T2。
(4)比较T1和T2，分析纸燃烧过程中温度的变化。
实验结论：通过观察温度变化，可以了解到燃烧过程中纸片释放热量导致温度升高。
2. 观察纸的吸热与散热性能实验材料：纸、水、水盆、计时器实验步骤：(1)将纸平放在水盆上，用计时器计时。
(2)在一定时间内观察水的蒸发情况，记录时间。
(3)比较不同时间点上纸的湿度变化。
实验结论：纸具有良好的吸热性能，能吸收水蒸气并使之蒸发。
通过观察湿度的变化，可以了解纸的散热性能。
3. 探究纸的导热性能实验材料：纸、打火机、尺子、热敏电阻、数据线、电脑实验步骤：(1)将热敏电阻固定在尺子上，与电脑连接。
(2)点燃打火机，加热尺子的一端，观察热敏电阻的数据变化。
(3)比较不同时间点的数据，分析纸的导热性能。
实验结论：通过观察数据变化，可以了解纸的导热性能。
与金属相比，纸的导热性能较差。
4. 制作简易纸制温度计实验材料：纸、水、彩色笔、尺子、胶水、温度计实验步骤：(1)用尺子在纸上画出刻度线，标上数字。
(2)将水滴入纸中，折叠成锥形。
(3)用胶水将锥形部分固定在温度计上。
(4)将彩色笔插入锥形部分，使水带色。
(5)根据温度计的读数，画出相应的颜色区域。
实验结论：简易纸制温度计制作完成，可用来测量物体表面温度。
与标准温度计相比，其精度和稳定性较差。
5. 纸制热气球实验实验材料：纸、热水、扇子、胶带、剪刀、橡皮筋实验步骤：(1)将纸剪成圆形，边缘向外翻折。
(2)用胶带将翻折部分固定在一起，形成球形结构。
大学物理演示实验：测量热力学普适气体常量
物理演示实验报告物理演示实验自主设计方案图1图2一、演示物理原理简介（可以配图说明）本物理演示实验根据热力学理想气体物态方程以及力学基本原理测量普适气体常量R 。
本实验材料包括具有刻度线的活塞式气缸（玻璃制品），装有足量水的较大容器，刻度尺，温度计，酒精灯。
热力学理想气体物态方程的公式为RT pV ν=（1）其中，p 为一定量气体的压强（单位：Pa ），V 为一定量气体的体积（单位：m 3），ν为一定量气体的物质的量（单位：mol ），R 为普适气体常量（单位：J/mol · K ），T 为一定量气体的热力学温度（单位：K ）。
将（1）式进行整理，可得TpVR ν=（2） 即我们只需测量出压强p ，体积V ，物质的量ν，热力学温度T 就可求出普适气体常量R 。
下面我们来设计实验测量上述四个参数的值。
我们采用具有刻度线的活塞式气缸（玻璃制品）作为气体器皿，向其中充入一定量的空气作为实验气体，活塞式气缸如图1所示。
另外，我们采用装有足量水的较大容器（具有刻度线的活塞式气缸能放入其中并气体部分没入）和酒精灯作为温度发生器，采用水浴加热。
这样一来，气体温度可以改变，我们用温度计测量气缸内气体的温度，整套实验装置如图2所示。
下面我们来具体测量四个参数的值。
测量压强p 的方法如下。
由于气缸具有活塞，活塞可以在某一方向进行平动。
这样就导致气缸内的气体压强与与外界大气压相等，均为标准大气压强1.013×105Pa 。
图3图4 图5 二、方案实施详细技术路线（要求有配图或者照片）实验步骤1.检查装置气密性并充入空气首先检查装置气密性。
保证活塞与气缸底部留有一定空间，将气缸活塞向气缸内部推动，直到推不动为止，放开双手，活塞会向反方向滑动；再将活塞向气缸外部拉动，直到拉不动为止（不要拉出来），放开双手，活塞会向反方向滑动（如图3）。
上述两种现象同时发生，则证明气密性良好，同时活塞滑动停止的位置即为平衡位置。
简单而有趣的热学实验初中二年级物理教案
简单而有趣的热学实验初中二年级物理教案简单而有趣的热学实验教案引言：热学实验是物理学中的重要组成部分，在初中二年级的物理课程中，为了培养学生对热学概念的理解和掌握实验技巧，我们设计了一系列简单而有趣的热学实验。
这些实验既可以帮助学生加深对热学知识的理解，又能激发学生的学习兴趣，提高他们的动手实践能力。
下面将介绍其中三个较为典型的实验。
实验一：温度的测量实验目的：掌握使用温度计测量物体温度的方法。
实验材料：温度计、水杯、温水、冷水。
实验步骤：1. 准备一个水杯，将温度计插入水中，读取温度计上的数值。
2. 将温度计放入温水中，观察温度计上的数值变化，并记录下温度。
3. 将温度计放入冷水中，观察温度计上的数值变化，并记录下温度。
实验原理：温度计的原理是通过测量温度计内液体的膨胀或收缩来测量温度。
当温度升高时，液体膨胀，温度计上的数值会增加；当温度降低时，液体收缩，温度计上的数值会减少。
实验结果：通过实验测得温水的温度为40°C，冷水的温度为10°C。
实验二：热传导的观察实验目的：观察固体热传导的过程并理解热传导的基本原理。
实验材料：铁炉、两根铁棒（一根较细，一根较粗）。
实验步骤：1. 将较粗的铁棒一端加热至红热，然后将红热的一端迅速放入较细的铁棒的一端。
2. 观察较细的铁棒的另一端，记录下变化。
3. 将较细的铁棒的另一端迅速放入冷水中，再次观察并记录下变化。
实验原理：固体的热传导是由于热量的传递。
当热棒与冷棒接触时，热量会沿着热型的方向传导到冷棒，使冷棒受热，热型受冷。
实验结果：观察到较细的铁棒的另一端迅速升温，并且当放入冷水中时，较细的铁棒的另一端迅速降温。
实验三：液体的蒸发实验目的：观察液体蒸发时的变化，并理解液体蒸发的实现。
实验材料：两个相同的容器、水。
实验步骤：1. 将一个容器中注入适量的水。
2. 将另一个容器保持干燥。
3. 分别观察两个容器中水的变化，记录下观察结果。
实验原理：液体的蒸发是由于液体分子的热运动，当液体分子吸收足够的热量时，一部分液体分子会从液体表面跃入气相，形成蒸汽。
综合传热演示实验报告
综合传热演示实验报告引言传热是热力学中的重要概念之一，涉及到热量的传递、储存和转换。
传热可以通过传导、对流和辐射等方式进行。
为了更好地理解传热过程，我们进行了一次综合传热演示实验。
实验目的1. 通过实验观察和测量传热过程中的温度变化；2. 掌握传热的基本规律；3. 理解传热在日常生活中的应用。
实验原理传热是热量从高温区域向低温区域传递的过程。
热可以通过传导、辐射和对流进行传递。
本次实验主要涉及到传导和对流两种方式。
传导传导是通过物质的直接接触和相互振动来传递热量的过程。
一个物体的温度分布不均时，高温区域的分子以较大的速度振动，从而传递给低温区域的分子，使得整个物体的温度逐渐均匀。
对流对流是通过流体的运动来传递热量的过程。
当一个物体加热时，周围的空气被加热并膨胀，密度变小，从而产生浮力迫使周围的冷空气下沉，形成对流。
对流传热是高温区域的气流与低温区域的物体直接接触，通过传导进行热量交换。
实验材料和设备- 烧杯- 温度计- 热水- 冷水- 烤盘- 塑料管- 流体介质（例如植物油等）实验步骤1. 在烧杯中加入适量的热水；2. 在另一个烧杯中加入适量的冷水；3. 将温度计放入热水中，记录初始温度；4. 同时将温度计放入冷水中，记录初始温度；5. 将烤盘加热，并将烤盘上放置烧杯，将热水加热至一定温度；6. 在加热的同时，将烧杯里的冷水倒入塑料管中，并通过塑料管将其喷射到热水中；7. 观察热水的温度变化，并记录每隔一段时间的温度；8. 分别观察传热情况和过程。
实验结果实验过程中，我们观察到了热水的温度逐渐增加，而冷水的温度逐渐降低。
在冷水喷射到热水中的过程中，热水的温度上升速度明显加快。
这是因为冷水的加入增加了热水的表面积，从而增强了对流传热过程。
实验分析通过这个实验，我们可以得出以下结论：1. 热量在传递过程中，会从高温区域向低温区域传递。
这是一个自然趋势，也就是热的互相扩散的结果；2. 传热过程中，温度差越大，传热速率越快，而温度差越小，传热速率越慢；3. 对流传热比传导传热更加迅速，因为对流传热涉及到流体的运动，能够加速热量的传递。
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第五章热学
5.1热力学第二定律（克劳修斯表述）
一、演示目的：
1、学习掌握热力学第二定律克劳修斯表述。
2、验证热力学第二定律，了解第二类永动机为什么不能实现的原因。
二、实验装置：
热力学第二定律演示仪（克劳修斯表述），如图5.1.1所示。
图5.1.1热力学第二定律演示仪
三、实验原理：
1.克劳修斯表述：
“不可能制造这样一台机器，在一个循环动作后，只是将热量从低温物体传送到高温物体而不产生其他影响”。
因此在一个循环动作后，将热量从低温物体传送到高温物体，外界必须对系统做功。
这种机器就是制冷机。
最简单的制冷机
Q为从低温的工作原理如图5.1.2所示，W为外界对循环的工作物质所做的功，
2
Q为向高温物体放出的热量。
物体吸取的热量，
1
图5.1.2制冷机的工作原理图 图5.1.3
制冷机的效能显然决定于循环过程中外界对工作物质(实验中使用的是氟里昂)所做的功，以及工作物体从冷却室中(欲降低温度的物体)吸收的热量2Q 。
常用制冷系数ε表示，其定义为：
W
Q 2=ε 如果0→W 则∞→ε，该机器在一个循环动作恢复原状态后，外面没有变化，唯一的结果就是把热量2Q 从低温物体传送到高温物体，如图5.1.3 所示，如果能做成这种机器，那么它的作用就等于热量自动从低温物体送到高温物体，系统和外界都不会发生其他变化，这是与克劳修斯表述相矛盾的，是不可能的。
2、仪器装置及原理
图5.1.4是实验装置工作流程图。
实验的工作物质，一般选取凝结温度或沸点较低的气体。
本装置用的是碳氟化合物中的氟里昂，其沸点为-29.8℃,它在温室（20℃）、常压（一个标准大气压）下是气体。
在室温、高压（10倍标准大气压）下是液体。
如图4所示，当工作物质在压缩机中被压缩成压强为大气压强的10余倍时，变为温度为70℃的气体，经与冷凝器（高温高压）放出热量Q 后转变为常温态的液体，然后经干燥器、毛细管后，即绝热膨胀，压强下降到大气压强的3倍以下，此时液体在低压下沸腾气化，吸收热量2Q ，经冷却室（蒸发器）其温度进一步下降，然后再次进入压缩机中，再被压缩，重复上述循环。
这样一个循环，即将热量2Q 从低温物体送至高温物体B ，外界做功为W 。