冷却法测金属的比热容(实验报告)
实验五冷却法测金属比热容
实验五 冷却法测量金属比热容一、 实验目的：1、 了解金属的冷却速率和它与环境之间的温差关系以及进行测量的实验条件2、 研究热学实验成败的原因。
二、 实验原理：根据牛顿冷却定律，用冷却法测定金属的比热容是量热学中常用方法之一。
若已知标准样品在不同温度的比热容，通过作冷却曲线可测量各种金属在不同温度时的比热容。
本实验以铜为标准样品，测定铁、铝样品在100C o 或200C o 时的比热容。
通过实验了解金属的冷却速率和它与环境之间的温差关系以及进行测量的实验条件。
单位质量的物质，其温度升高1K(1C o )所需的热量叫做该物质的比热容，其值随温度而变化。
将质量为M 1的金属样品加热后，放到较低温度的介质(例如：室温的空气)中，样品将会逐渐冷却。
其单位时间的热量损失(t Q ∆∆)与温度下降的速率成正比，于是得到下述关系式：tM C t Q ∆∆=∆∆111θ (1) (1)式中C 1为该金属样品在温度1θ时的比热容，t∆∆1θ为金属样品在1θ时的温度下降速率。
根据冷却定律有： m s a tQ )(0111θθ-=∆∆ (2) (2)式中a 1为热交换系数，S 1为该样品外表面的面积，m 为常数，1θ为金属样品的温度，0θ为周围介质的温度。
由式(1)和(2)，可得：m s a tM C )(0111111θθθ-=∆∆ (3) 同理，对质量为M 2，比热容为C 2的另一种金属样品，可有同样的表达式：m s a tM C )(0222222θθθ-=∆∆ (4) 由上式(3)和(4)，可得：m m s a s a tM C t M C )()(01110222111222θθθθθθ--=∆∆∆∆ 所以： mms a tM s a t M C C )()(01112202221112θθθθθθ-∆∆-∆∆= 如果两样品的形状尺寸都相同，即S 1=S 2；两样品的表面状况也相同(如涂层、色泽等)，而周围介质(空气)的性质当然也不变，则有a 1=a 2。
实验十二冷却法测量金属比热容
实验十二冷却法测量金属比热容本实验采用冷却法来测定金属的比热容，这是一种常用的测量方法。
1. 实验原理热传递方程中有一个很重要的参数就是物质的比热容，它反映了物质吸收或者释放热能的能力。
比热容的单位是J/(kg.K)，表示在单位质量下，物质的温度升高1K所需要的热量。
因此，在测量物质的比热容时，需要在物质中输入热量，并且测量物质的温度变化。
利用冷却法，可以测量出物质的比热容。
假设在时间t=0时刻，铜加热器和铜试片的温度均为T1，并且铜试片的质量为m。
铜加热器发出的热量与温差成正比，比例常数为k。
因此，在时间t内，铜试片的温度T2随时间的变化符合下面的式子：T2-T1=-k(t-t0)其中，t0是温度计读数的时间。
在热传递的过程中，金属试片的热能不断散失，最终达到平衡状态。
根据稳态热传导定律，热流密度q=λ(dT/dx)，其中，q表示热通量，λ表示热传导系数，dT/dx表示温度梯度。
由于试片较薄，温度在轴向上分布均匀。
所以，有稳态的温度分布：T(x)=T1+(T2-T1)x/l其中，l表示试片的长度。
所以，热流Q=qS=λS(T2-T1)/l，其中S表示试片截面积。
所以，可以得出下面的式子：这样的话，就可以测定出试片的比热容。
2. 实验步骤（1）测量金属块的质量，并记录下来。
（2）将铜试片装于铜加热器上，并将铜试片与温度计夹紧。
（3）用电热丝加热铜加热器，将铜加热器上升至一定温度，然后关闭电源，同时记录下当前的温度。
（4）等待温度计读数稳定后，记录下当前的温度，然后开始计时。
（5）每20秒记录一次温度，并将数据记录于实验记录表上。
（6）在试验记录表中，利用现成的公式计算出金属的比热容，并进行统计分析。
3. 实验注意事项（1）实验中需要注意安全，尤其是在使用电热丝加热铜加热器时。
（2）一定要注意选用好的温度计，并在对温度计进行校准后再使用。
（3）试片需要平放于铜加热器上，以尽量减小铜试片与空气之间的热量交换。
实验五冷却法测金属比热容 doc
实验五冷却法测金属比热容 doc实验目的：通过冷却法测定不同金属的比热容。
实验原理：热平衡定律的基本原理是热量有自发的从高温物体传到低温物体的趋势，只有当热量传递到两物体温度相等时，不再发生传递。
因此，热量传递过程中的两物体间热量传递速率与此时它们间的温度差成正比关系。
当给一物品Q热量时，其温度会上升ΔT，而ΔT正比于所给予的热量Q。
因此，可以将此关系作如下表示：Q = CmΔT其中，Cm是一物品的比热容系数。
根据热平衡原理，将一物品与另一物品接触时，待达到热平衡时，两个物品的温度T1、T2会通过热传递达到相等。
因此使用上述公式得到：当物品1与物品2接触时，存在热传递，根据热平衡定律，得到：Cm1m1ΔT1 = Cm2m2ΔT2而对于质量m为定值的物品，ΔT/Δt反映物品温度变化，因此得到：从上式得到进行实验所需的关系：若已知一金属比热容Cm2和Cm1与Cm2接触时，两物品的初温度T1、T2和末温度T1′、T2′，则能通过下式求得Cm1：Cm1 = [(m2/m1)Cm2]×[(T1′-T2)/(T2′-T1)]实验器材：实验用釜、保温瓶、温度计、称量器。
实验步骤：1、选择不同金属，称量两金属质量，将它们以相同的长度并成一对，封装在钻有四个开口的瓶子内并紧固。
2、预先将釜壶内加热水至85℃以上的温度，然后用篦子将密闭的瓶子放入釜水中，让它们保持15~20分钟，使它们达到均匀的温度。
3、在此之间备好两个保温瓶，将一瓶子先放入保温瓶内，马上紧固瓶口子并用小孔取出一个温度计。
同时，将二瓶子里的吊环套在它上面的钩上，使它们平衡相接，等待启动实验。
4、安置好旁边的温度计，读取瓶内的温度。
接着打开保温瓶，并用小漏斗将水倒入瓶内，借助温度计和选择孔观察瓶中的温度变化情况，直到二温度可读取，而产生此次温度变化的总时间最好控制在1或2分钟。
5、用此方法连续记录10组实验数据，并按上述公式求出每种金属的比热容。
实验冷却法测金属比热容
实验八 冷却法测量金属的比热容用冷却法测定金属或液体的比热容是量热学中常用的方法之一。
若已知标准样品在不同温度的比热容，通过作冷却曲线可测得各种金属在不同温度时的比热容。
热电偶数字显示测温技术是当前生产实际中常用的测试方法，它比一般的温度计测温方法有着测量范围广，计值精度高，可以自动补偿热电偶的非线性因素等优点。
本实验以铜样品为标准样品，而测定铁、铝样品在100℃或200℃时的比热容。
通过实验了解金属的冷却速率和它与环境之间温差的关系，以及进行测量的实验条件。
【实验目的】1．掌握用冷却法测定金属的比热容，测量铁、铝金属样品在100℃或200℃温度时的比热容。
2．了解金属的冷却速率与环境之间的温差关系，以及进行测量的实验条件。
【实验仪器】DH4603型冷却法金属比热容测量仪、待测量金属材料样品（铜、铁、铝）等 【实验原理】单位质量的物质，其温度升高1K （或1℃）所需的热量称为该物质的比热容，其值随温度而变化。
将质量为1M 的金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如室温的空气）中，样品将会逐渐冷却。
其单位时间的热量损失（/Q t ∆∆）与温度下降的速率成正比，于是得到下述关系式：111Qc M t tθ∆∆=∆∆ （8-1） 式中1c 为该金属样品在温度1θ时的比热容，1tθ∆∆为金属样品在1θ的温度下降速率，根据冷却定律有：1110()m QS tαθθ∆=-∆ （8-2） 式中1α为热交换系数，1S 为该样品外表面的面积，m 为常数，1θ为金属样品的温度，0θ为周围介质的温度。
由式（8-1）和（8-2），可得1111110()m c M S tθαθθ∆=-∆ （8-3）同理，对质量为2M ，比热容为2c 的另一种金属样品，可有同样的表达式：1222210()m c M S tθαθθ∆=-∆ （8-4） 由式（8-3）和（8-4），可得： 所以假设两样品的形状尺寸都相同（例如细小的圆柱体），即12S S =，两样品的表面状况也相同（如涂层、色泽等），而周围介质（空气）的性质当然也不变，则有12αα=。
冷却法测金属的比热容(实验报告)
冷却法测量金属的比热容【实验目的】（1） 测量固体的比热容。
（2）了解固体的冷却速率与环境之间的温差关系，以及进行测量的实验条件。
【实验仪器】本实验装置是金属比热容测量仪；实验样品是直径5mm 、长30mm 的小圆柱，其底部深孔中安放铜—康同热电偶。
【实验原理】单位质量的物质，其温度升高1K （或1℃）所需的热量叫该物质的比热容，其值随温度而变化， 将质量为1M 的金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如室温的空气）中，样品将会逐渐冷却，其单位时间的热量损失（Qt∆∆）应与温度下降速率成正比，由此到下述关系式：111Q C M t t θ∆∆⎛⎫= ⎪∆∆⎝⎭ ① 式中1C 为该金属样品在温度1θ时的比热容，1t θ∆⎛⎫ ⎪∆⎝⎭为金属样品在温度1θ时的温度下降速率，根据冷却定律有：1110()m Qa S tθθ∆=-∆ ② 式中，1a 为热交换系数，1S 为该样品外表面的面积，m 为常数，1θ为为金属样品的温度，0θ为周围介质的温度。
由式①和②，可得：1111110()m C M a S tθθθ∆=-∆ ③同理，对质量为2M ，比热容为2C 的另一种金属样品，有：2222220()m C M S tθαθθ∆=-∆ ④ 由式③和式④，可得：mms a s a tM C t M C )()(01110222111222θθθθθθ--=∆∆∆∆ m ms a t M s a t M C C )()(01112202221112θθθθθθ-∆∆-∆∆= 如果两样品的形状尺寸都相同，即12S S =；两样品的表面状况也相同(如涂层、色泽等)，而周围介质(空气)的性质当然也不变，则有12a a =。
于是当周围介质温度不变(即室温0θ恒定，而样品又处于相同温度1θ=θθ=2)时，上式可以简化为:221112)()(tM t M C C ∆∆∆∆=θθ 如果已知标准金属样品的比热容1C ，质量1M ，待测样品的质量2M 及两样品在温度θ时冷却速率之比1⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆t θ和2⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆t θ，就可求得待测金属的比热容2C 。
冷却法测量金属比热容实验报告
冷却法测量金属比热容实验报告冷却法测量金属比热容实验报告引言：金属比热容是描述金属物质热量储存能力的重要物理量之一。
测量金属比热容的方法有很多种，其中冷却法是一种常用且简便的方法。
本实验旨在通过冷却法测量不同金属的比热容，并分析实验结果。
实验原理：冷却法测量金属比热容是基于热平衡原理的。
当一个金属样品与热源接触时，会发生热传导，使金属样品的温度升高。
当金属样品与冷却介质接触时，会发生热传导，使金属样品的温度降低。
根据热平衡原理，当金属样品与冷却介质达到热平衡时，它们的温度将相等。
通过测量金属样品和冷却介质的温度变化，可以计算出金属的比热容。
实验步骤：1. 准备实验装置：将金属样品（例如铜、铝、铁等）加热至一定温度，然后迅速放入冷却介质（例如水）中。
2. 测量金属样品和冷却介质的温度变化：使用温度计分别测量金属样品和冷却介质的温度，记录下它们的初始温度和每隔一段时间的温度变化。
3. 计算金属的比热容：根据实验数据，利用公式Q = mcΔT，其中Q为金属的热量，m为金属的质量，c为金属的比热容，ΔT为金属的温度变化，可以计算出金属的比热容。
实验结果与分析：在本实验中，我们选择了铜、铝和铁作为金属样品进行测量。
通过实验数据的记录和计算，我们得到了它们的比热容。
铜的比热容为XXX J/(kg·℃)，铝的比热容为XXX J/(kg·℃)，铁的比热容为XXXJ/(kg·℃)。
通过对比不同金属的比热容，我们可以发现它们之间存在一定的差异。
这是由于金属的内部结构和原子间的相互作用不同所导致的。
比热容较大的金属在吸收相同热量时，温度上升较慢，热量储存能力较强。
而比热容较小的金属在吸收相同热量时，温度上升较快，热量储存能力较弱。
此外，我们还可以通过比热容的测量结果来推断金属样品的纯度。
由于杂质的存在会影响金属的比热容，所以比热容较接近理论值的金属样品通常具有较高的纯度。
实验误差与改进：在实验过程中，由于测量仪器的精度限制、环境温度的变化等因素，可能会引入一定的误差。
实验8冷却法测金属比热容
1．比热容的定义是什么？单位是什么？
2．为什么实验应该在防风筒（即样品室）中进行？
【课后习题】
1．测量三种金属的冷却速率，并在图纸上绘出冷却曲线，如何求出它们在同一温度点的冷却速率？
【附录】
一、DH4603型金属比热容测定仪介绍与使用说明
本实验装置由加热仪和测试仪组成。加热仪的加热装置可通过调节手轮自由升降。被测样品安放在有较大容量的防风圆筒即样品室内的底座上，测温热电偶放置于被测样品内的小孔中。当加热装置向下移动到底后，对被测样品进行加热；样品需要降温时则将加热装置移上。仪器内设有自动控制限温装置，防止因长期不切断加热电源而引起温度不断升高。
110
4.749
4.796
4.844
4.891
4.939
4.987
5.035
5.083
5.131
5.179
120
5.227
5.275
5..469
5.517
5.566
5.615
5.663
130
5.712
5.761
5.810
5.859
5.908
5.957
6.007
6.056
6.105
（8-4）
由式（8-3）和（8-4），可得：
所以
假设两样品的形状尺寸都相同（例如细小的圆柱体），即 ，两样品的表面状况也相同（如涂层、色泽等），而周围介质（空气）的性质当然也不变，则有 。于是当周围介质温度不变（即室温 恒定），两样品又处于相同温度 时，上式可以简化为：
（8-5）
因为热电偶的热电动势与温度的关系在同一小温差范围内可以看成线性关系，即 ，所以式（8-5）可以简化为：
冷却法测量金属的比热容实验报告
冷却法测量金属的比热容实验报告冷却法测金属比热容的分析与探究“大学物理实验”课程论文授课学期学年第二学期学院 :数学科学学院专业 :数学与应用数学学号 :201110700100 姓名:殷霞任课教师:阳丽交稿日期:2012年6月1日冷却法测金属比热容的分析与研究摘要根据牛顿冷却定律用冷却法测定金属比热容是热学中常用的方法之一。
但在实际操作中由于人的反应时间有限，计时误差较大等原因，使得实验测量精度偏低。
本文主要对该实验的实验误差来源进行了探讨。
关键词比热容牛顿冷却定律热电偶温度误差1、实验简介(1)实验装置简介本实验装置如左图所示，热电偶数字显示测温技术是当前生产实际中常用的测试方法，它具有更广的测量范围和更高的精度，并可以自动补偿热电偶的非线性因素等优点。
(2)实验原理和方法将质量为M1的金属样品加热后，放到较低温度的介质中，样品将逐渐冷却。
其单位时间的热量损失(?Q?t)与温度下降的速率成正比:???Q?c1M11?t?t根据牛顿冷却定律有:(1)?Q??1S1(?1??0)m(2) ?t??1??1S1(?1??0)m(3) ?t这里，C1为金属样品的比热容，?1为传热系数，S1为金属外表面积，?1与?0分别C1M1为金属与其环境的温度。
同理，对质量为M2，比热容为C2的另一种金属样品，可有同样的表达式: ??1??2S2(?1??0)m (4) ?tC2M2由式(3)和(4)，可得:C2M2??2m??2S2(?2??0)m?1?S(???)1110C1M1?t所以??1?2S2(?2??0)mC2?C1?2?1S1(?1??0)mM2?tM1假设两样品的形状尺寸都相同，即S1?S2;两样品的表面状况也相同，而周围介质(空气)的性质当然也不变，则有?1??2。
于是当周围介质温度不变(即室温?0恒定)，两样品又处于相同温度?1??2??时，上式可以简化为:??)1C2?C1M2()2?tM1((5)2、实验误差探讨(1) 室温?的变化给测量结果带来的误差根据测量原理，样品周围的空气温度应为恒定的，即?为恒值。
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冷却法测量金属的比热容
【实验目的】
（1） 测量固体的比热容。
（2）了解固体的冷却速率与环境之间的温差关系，以及进行测量的实验条件。
【实验仪器】
本实验装置是金属比热容测量仪；实验样品是直径5mm 、长30mm 的小圆柱，其底部深孔中安放铜—康同热电偶。
【实验原理】
单位质量的物质，其温度升高1K （或1℃）所需的热量叫该物质的比热容，其值随温度而变化， 将质量为1M 的金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如室温的空气）中，样品将会逐渐冷却，其单位时间的热量损失（Q
t
∆∆）应与温度下降速率成正比，由此到下述关系式：
111
Q C M t t θ∆∆⎛⎫
= ⎪∆∆⎝⎭ ① 式中1C 为该金属样品在温度1θ时的比热容，1
t θ∆⎛⎫ ⎪∆⎝⎭为金属样品在温度1θ时的
温度下降速率，根据冷却定律有：
1110()m Q
a S t
θθ∆=-∆ ② 式中，1a 为热交换系数，1S 为该样品外表面的面积，m 为常数，1θ为为金属样品的温度，0θ为周围介质的温度。
由式①和②，可得：
1
11
1110()m C M a S t
θθθ∆=-∆ ③
同理，对质量为2M ，比热容为2C 的另一种金属样品，有：
2
22
2220()m C M S t
θαθθ∆=-∆ ④ 由式③和式④，可得：
m
m
s a s a t
M C t M C )()(0111022211
12
22θθθθθθ--=∆∆∆∆ m m
s a t M s a t M C C )
()(01112202221112θθθθθθ
-∆∆-∆∆= 如果两样品的形状尺寸都相同，即12S S =；两样品的表面状况也相同(如涂层、色泽等)，而周围介质(空气)的性质当然也不变，则有12a a =。
于是当周围介质温度不变(即室温0θ恒定，而样品又处于相同温度1θ=θθ=2)时，上式可以简化为:
2
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11
2)()(
t
M t M C C ∆∆∆∆=θθ 如果已知标准金属样品的比热容1C ，质量1M ，待测样品的质量2M 及两样品
在温度θ时冷却速率之比1⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆t θ和2⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆t θ，就可求得待测金属的比热容2
C 。
已知铜在100℃时的比热容为：1393().Cu C J kg C -=︒
【实验内容】
1.测量铁和铝在100℃时的比热容。
步骤：
（1）选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三种金属样品(铜、铁、铝)用物理天平或电子天平秤出它们的质量0M 。
再根据Cu M ＞Fe M ＞Al M 这一
特点，把它们区别开来。
（2）使热电偶的铜导线与数字表的正端相连，冷端铜导线与数字表的负端相连。
当数字电压表读数为某一定值即200℃（8.5~9.5mV ）时，切断加热电源移去加热源，样品继续放在有机玻璃圆筒内自然冷却。
当温度降到接近102℃时开始记录，测量样品从102℃降到98℃所需要的时间。
每种样品重复测量5次。
【实验数据】
样品质量：Cu M =12.606g ; Fe M =10.902g ; Al M =3.990g 。
热电偶冷端温度：0θ=0C o 。
样品由102C o 下降到98C o 所需时间(单位为s )
以铜为标准：11393().o Cu C C J kg C -==
铁： 1122121
()484.1().()o M t C C J kg C M t -∆==∆
铝： 1133131
()768.1().()o M t C C J kg C M t -∆==∆
【误差分析】
查资料得Fe 在100ºC 下的比热容为1460().o Fe C J kg C -=理 实验误差系数484.1460
100% 5.24%460
α-=
⨯=
Al 在100ºC 下的比热容为1905().o Al C J kg C -=理 实验误差系数905768.1
100%15.13%905
α-=⨯=
对误差产生的原因估计有：
1.计时造成的误差：通过肉眼判断计时开始与结束的时间，不够精确，存在误差
2.室温变化造成的误差：实验中要求室温不变，但随着金属不断放热，室温很可能会升高，则室温从θ升高到θ'，查阅资料，比热容的计算式应修改成
1221
21()()n
n
m t T C C m t T θθ'∆-=∆-，其中n 为常数，且1n >，使测量值比实际值偏大，但实际情况却为偏小，说明室温变化较小，其他误差占主导因素。
3. 热电偶冷端温度的变化：由于未及时向冷端加入冰块，使得冷端温度有少许升高，从而导致测量所得时间偏大
4. 金属比热容测量仪的传感器响应时间可能存在少量误差。