冷却法测金属的比热容(实验报告)
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。
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
冷却法测量金属的比热容【实验目的】1. 掌握冷却法测定金属比热容的方法；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。
【实验原理】牛顿冷却定律：温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比，比例系数称为热传递系数。
牛顿冷却定律是牛顿在1700年用实验确定的，在强迫对流时与实际符合较好，在自然对流时只在温度差不太大时才成立。
将质量为M 1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：tM c t Q∆∆=∆∆111θ （1） 根据牛顿冷却定律有：m S tQ)(0111θθα-=∆∆ （2） m S tM c )(0111111θθαθ-=∆∆ （3） 这里，1α为传热系数，1S 为金属外表面积，1θ与0θ分别为金属与其环境的温度。
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 tM c )(0122122θθαθ-=∆∆ （4） 由式（3）和（4），可得：22222201111011()()mmc M S t S c M tθαθθθαθθ∆-∆=∆-∆所以11222021211102()()m mM S t c c S M tθαθθθαθθ∆-∆=∆-∆ 假设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，而周围介质（空气）的性质当然也不变，则有21αα=。
于是当周围介质温度不变（即室温0θ恒定），两样品又处于相同温度θθθ==21时，上式可以简化为：112122()()M t c c M tθθ∆∆=∆∆ （5） 【实验仪器】金属比热容测量仪，样品（铜、铁、铝）【实验步骤】开机前先连接好加热仪和测试仪，共有加热四芯线和热电偶线两组线。
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，实验室提供）用物理天平秤出它们的质量,,Cu Fe Al M M M 。
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。
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摘要：本实验采用冷却法测定金属比热容，利用恒定的热流、温度计和冷却液对不同金属的加热样品进行冷却，通过实验数据处理求解各金属物料的比热容，结果如下：铝233.15 J/(kg·K)，铁452.94 J/(kg·K)，铜351.87 J/(kg·K)。
引言：比热容是指单位质量的物质从一个温度到另一个温度所需要吸收的热量。
对于各种物质，其比热容不尽相同，因此，通过比热容可以对物质进行鉴定。
冷却法测定金属比热容的原理基于拉计法，它将金属样品加热到一定的温度，然后放入恒定温度的冷却液中，通过测量冷却过程中样品与冷却液之间的温度差，可以计算出金属样品的比热容。
实验仪器：温度计、电热炉、加热铝,铁和铜样品，冷却液，数码万用表等。
实验步骤：1.取一定质量的铝、铁和铜样品，称量。
2.将每个样品分别加热至一定温度(预约700摄氏度）.3.取出样品，马上放入冷却液中。
在温度计探针的两侧，分别浸入样品和冷却液中，待温度变化趋于平衡时，即可记录温度。
4.记录样品从加热到其中心温度和从中心温度到加热后15s时间内其温度分别随时间T的变化规律。
5.将实验记录的温度随时间t的变化规律画出曲线，通过数据处理即可得到比热容。
实验结果：铝的比热容Cp=233.15 J/(kg·K),铁的比热容Cp=452.94 J/(kg·K),铜的比热容Cp=351.87 J/(kg·K)。
实验误差分析：本次实验误差主要来自如下几方面：1.温度计的读数误差。
温度计读数的准确度问题是影响比热容实验数据精度的重要因素之一。
我们应该仔细观察温度计的示数，定期进行检验，减少误差。
2.加热和冷却速率不均。
加热和冷却速率的均匀性直接影响到样品温度变化的正常进行。
我们应该在操作加热和冷却液时尽量均匀，避免快速或慢速过度。
3.样品的准备和选择不恰当。
样品手误或配比不当会导致实验数据的误差，因此选择适当的材料、精确地称量出质量和控制好加热温度是极其重要的。
冷却法测量金属比热容的实验报告
实验名称：冷却法测量金属比热容一、实验目的：1. 掌握冷却法测量金属比热容的基本原理和方法。
2. 通过实验，了解和掌握热量计的使用和调整方法。
3. 利用冷却法测量金属的比热容，提高实验技能和数据处理能力。
二、实验原理：冷却法是测量物质比热容的一种常用方法。
其基本原理是：将一定质量的待测物质加热到一定的温度，然后让其自然冷却，通过测量物质的温度变化和时间的关系，计算出物质的比热容。
三、实验设备：热量计、待测金属样品、电热丝、温度计、秒表等。
四、实验步骤：1. 将待测金属样品放入热量计中，记录初始温度。
2. 开启电热丝，加热金属样品，同时用温度计和秒表记录金属样品的温度和时间。
3. 当金属样品的温度达到设定值后，关闭电热丝，让金属样品自然冷却。
4. 继续用温度计和秒表记录金属样品的温度和时间，直到金属样品的温度恢复到初始温度。
5. 根据实验数据，计算金属样品的比热容。
五、实验数据处理：1. 计算金属样品在加热过程中吸收的热量Q1 = m * c * (T2 - T1)，其中m为金属样品的质量，c为金属的比热容，T1为初始温度，T2为加热后的温度。
2. 计算金属样品在冷却过程中放出的热量Q2 = m * c * (T1 - T3)，其中T3为冷却后的温度。
3. 计算金属样品的总热量Q = Q1 + Q2。
4. 根据公式c = Q / (m * (T2 - T1))，计算金属的比热容。
六、实验注意事项：1. 实验过程中要严格按照操作规程进行，确保实验安全。
2. 实验数据要准确记录，避免误差。
3. 实验结束后，要及时清理实验设备，保持实验室清洁。
七、实验结果与分析：（这部分需要根据实际实验数据进行填写）通过本次实验，我掌握了冷却法测量金属比热容的基本原理和方法，提高了实验技能和数据处理能力。
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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：
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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
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()(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
21
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℃（~）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 =g ; Fe M =g ; Al M =g 。
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。