试验用电热法测量热功当量
102 电热法测量热功当量
图1 THQRG-2型热功当量测量实验仪
三、实验原理
1.散热修正
由于量热装置温度与环境温度存在温差，那么在实验过程中系统就会向环境散热，因此温度计测量出的终止温度2T 会比真正的终止温度'
2T 低，实验过程中系统温度变化曲线如图2所示。
图2中AB 段表示通电以前系统与环境达到热平衡后的稳定阶段，其稳定温度为系统的初始T BC t
图2 温度随时间的变化曲线
图3 实验接线图
中的数据，通过公式（4）计算求出系统的真正终温
' 2 T。
）计算求出热功当量的数值，并与公认值进行比较，计算相对误差。
在实验前使用干燥毛巾擦净量热器，从而避免量热器表面由于水滴附着，。
电热法测热功当量实验数据处理方法
电热法测热功当量实验数据处理方法
何建勋;唐芳
【期刊名称】《物理实验》
【年(卷),期】2018(038)010
【摘要】基于温度补偿原理和牛顿冷却定律,对电热法测量热功当量实验提出了2种散热修正方法,即温度补偿法和线性回归法.温度补偿法采用作图法,数据处理操作简单;而线性回归方法计算相对复杂,实验过程散热系数保持不变的假设也会给结果带来误差,但可以对实验结果的不确定度给出定量评估.基于此,针对不同的实验数据量和不同的数据采样间隔对实验结果进行了比较,给出了最佳方案.
【总页数】5页(P54-58)
【作者】何建勋;唐芳
【作者单位】北京航空航天大学能源与动力工程学院 ,北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院 ,北京100191
【正文语种】中文
【中图分类】O551.1
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5.用电热法测定热功当量的实验探讨 [J], 李建英
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用电热法测定热功当量实验报告doc
用电热法测定热功当量实验报告篇一：T.热功当量的测量.05实验名称热功当量的测量一、前言热量和功这两个物理量，实质上是以不同形式传递的能量，它们具有相同的单位，即能量的单位焦耳（J）。
然而，在没有认识热的本质以前，历史上曾经对热量的计量另有规定。
热量的单位用卡路里，简称卡，1克纯水在1大气压下温度升高10C所吸收的热量为1卡。
焦耳认为热量和功之间应当有一定的当量关系，即热量的单位卡和功的单位焦耳间有一定的数量关系。
从1840年到1879年近40年的时间内，焦耳利用电热量热法和机械量热法进行了大量的实验，最终精确地求得了功和热量互相转换的数值关系—热功当量。
如果用W表示电功或机械功，用Q表示这一切所对应的热量，则功和热量之间的关系可写成W=JQ，J即为热功当量。
目前国际上对卡和焦耳的关系有两种规定：1热工程卡＝4.1868焦耳；1热化学卡＝4.1840焦耳。
国际上把“卡”仅作为能量的一种辅助单位，并建议一般不使用“卡”。
国际单位制规定，功、能和热量一律使用焦耳为单位。
虽然热功当量的数值现已逐渐为人们所少用，但是，热功当量的实验及其在物理学发展史上所起的作用是不可磨灭的。
焦耳的热功当量实验为能量转化与守恒定律奠定了坚实的实验基础。
本实验采用焦耳曾经做过的电热法来测定热功当量。
二、教学目标1、了解电流作功与热量的关系,用电热法测定热功当量。
2、了解热量损失的修正方法。
三、教学重点1、了解电流作功与热量的关系。
四、教学难点1、正确读取温度的方法和时机。
五、实验原理1、用电热法来测定热功当量如果加在加热器两端的电压为U, 通过加热器的电流为I, 电流通过时间为t, 则电流作功为：W?IUt （1）如果这些功全部转化为热量，此热量用量热器测出，则可求出热功当量。
设m1表示量热器内圆筒质量，C1表示其比热。
m2表示铜电极和铜搅拌器的质量，C2表示其比热。
m3表示量热器内圆筒中水的质量，C3表示水的比热，T1和T2表示量热器内圆筒及圆筒中水的初始温度和终末温度，那么量热器内圆筒及圆筒中的水等所吸收的热量Q为Q??mC11?m2C2?m3C3??T2?T1? （2）如果过程中没有热量散失，电功W用焦耳(J)作单位，热量Q 的单位用卡(cal)时，则有W?JQ （3）式中，J为热功当量，由上式可得测量J的理论公式：J?WIUt?(J/cal) Q(m1c1?m2c2?m3c3)(T2?T1)（4）2、散热修正上述讨论是假定量热器与外界无热量交换时的结论，实际上只要有温度的差异就必然要有热交换存在。
热功当量的测定
热功当量的测定（电热法）实验原理如图3．11，设量热器内筒和搅拌器的总质量为m筒（由同种材料制成），内盛质量为M液的液体，初温为t1。
当对电阻丝通电t秒后，液体末温为t2。
设通电时电流表、电压表示数分别为I和U，则通电时间内电流做的功为W＝IUt（1）量热器内筒（含搅拌器）及液体的吸热为Q＝（C筒m筒＋C液M液）（t2－t1）（2）I、U、t、m筒、M液、t1、t2均可由实验测得，则热功当量J＝W／Q资料分类> 理学论文> 物理论文> 的测定及散热修正资料星级：资料格式：Word 文档上传者：ai349744877出售次数：0上传时间：2009-01-06关键词：热功当量功热量温度牛顿冷却定律10元未知发信告诉好友收藏举报论文( 3页1894字) 图纸量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会自然消灭，只能从一个物体传给另一个物体，从一种形式转化为另一种形式。
功和热量之间可发生相互转化，t秒内通过电热丝，电热丝两端的电势差为U，则电场力做功为W=UIt，若这些功全部转化为热量，通过量热器测量出该热量，从而得出功与热量之间量值。
得出产生1cal热量所需做的功。
当量功热量温度牛顿冷却定律实验是证明能量守恒和转化定律的基础性实验。
焦耳从1840年起，花费了几十年的时间做了大量的实验，论证了传热和做功一样，是能量传递的一种形常数，与做功方式无关，从而为能量守恒和转换定律的确立奠定了坚实的实验基础。
当电阻R两断加上电压U，通过的电流为I时，在通电t秒时间内电些功全部转化为热量，使一个盛水的量热器系统由初温T 升高至T ，系统吸收的热量为Q，则热功当量J=W/Q。
按照能量守恒定律，若采用国际单位制，比值J=1；若Q用卡(cal)作单位，J=4.1868J/cal,该数值表示产生1cal热量所需做的功。
据能量守恒定律，通过测量热功当量，研究功与热量的转化关系，进一步了解功与热量之间转化的特点。
目录：论理实验】陈玉林李传起主编科学出版社理实验】梁家惠李朝荣唐芳编著北京航空航天大学出版社筒中的水时，应用搅拌器均匀轻轻地搅拌，避免搅拌器碰及电热丝和电极。
电热法测热功当量my
Q = (c1m1 + c2 m2 + c3 m3 + 0.857V )(T f − T0 )
所以，热功当量
W IUt J= = Q (m1C1 + m2C2 + m3C3 + 0.857V )(T f − T0 )
J的标准值J0＝4.1868焦耳/卡。
焦耳/卡
2、散热修正
为了修正终止温度的误差，实验时在相等的时间间 隔内，记下相对应的温度，然后以时间为横坐标，温 度为纵坐标作图。
T (℃)
图中AB段表示通电以前系 统与环境达到热平衡后的稳定 阶段，其稳定温度（即室温） 也就是系统的初温T0，BC段表 示在通电时间t内，系统温度 的变化情况。由于温度的变化 存在滞后的现象，因而断电后 系统的温度还将略为上升，如 CD段所示，DE段表示系统的自 然冷却过程。
Tf T2
∆T
F D C
自然冷却降温数据（每隔60s）
时间t（s） 温度T（°C） 0 60 120 …
实验过程中的电压、电流值（记录变化时）
电压值U（V） 电流I（A） 平均电流 I＝_（A） 平均电压U＝_（V）
1、计算电流所做的功W； 2、做自然冷却段ln|T-θ|-t图，求出冷却常数k； 3 3、利用逐点修正公式并结合升温段数据，修正得理 想终温，并画出实测温度和理想温度曲线； 4、利用修正后理想终温，计算热量Q，求得热功当量 J，并与理论值比较，计算不确定度。
最终产生的误差 系统的真正终温
v = ∆T t2
t1 ∆T T f = T2 + δTi = T2 + 2 t2
t1 ∆T δTi = vt1 = 2 t2
实验仪器
HLD-IH-II型智能热学综合实验仪 型智能热学综合实验仪
电热法测热功当量
电热法测热功当量摘要：热量以卡为单位时与功的单位之间的数量关系，相当于单位热量的功的数量，叫做热功当量。
本篇文章主要围绕电热法测量热功当量的方法及其误差分析和修正展开研究。
关键词：电热法、热功当量、散热修正、误差分析1前言热量以卡为单位时与功的单位之间的数量关系，相当于单位热量的功的数量，叫做热功当量。
由焦耳通过大量实验确定。
在人们尚未认清热的本质以前，热量和功分别用不同的单位表示。
焦耳是功的单位，卡路里是热能的单位。
值得注意的是，功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能完成，脱离系统而去谈论功与热量的直接转换是不恰当的。
热功当量的发现，使当时的人们更好地理解了热的本质，也说明了卡路里与焦耳为相当量而非相等。
自国际单位统一热量单位为焦耳后，热功当量也就不复存在。
但其实验测定及数据对于物理学的发展的意义永远存在。
测量热功当量的方法有很多，最传统的方法是热功当量提出者焦耳采用的利用液体摩擦生热，后世人们也逐渐发明出了各种测量方法，如利用固体摩擦等，而目前操作最简便、测量误差小的方法也是我们将要采用的电热法。
2实验方法本实验所要用到的实验器材有：直流电源，导线，电压表，电流表，金属内筒，温度计，开关，玻璃搅拌器等。
图1实验装置图如图即为电热法测量热功当量的实验装置图，该实验方法是通过量热桶中的电阻丝加热液体，使其升高一定温度后通过Q=cm(t-t0)得到液体获得的热能，再通过W=UIt得到以焦耳为单位的电阻丝加热的能量，二者相比得：（1）由（1）式可得测量的热功当量数值。
具体实验步骤如下：1.用托盘天平测量量热桶内壁质量。
2.装入一定量水。
③放入量热桶内盖上盖子，注意温度计不要碰到底部。
1.用环形玻璃搅拌器搅拌，使水温度均匀。
2.读出水的初温T0。
3.组装电路。
4.调节电源电压，读出此时电压表及电流表读数。
5.等待升温。
6.升温后，断开开关并再次搅拌使温度不再变化。
7.读出此时水的温度。
⑪用W=UIt得出总共获得的热量（单位J）。
实验2—16a 热功当量的测定(用电热法).
实验2—16a 热功当量的测定(用电热法)【实验目的】 1．用电热法测量热功当量。
2．学会一种热量散失的修正方法—修正终止温度。
【实验仪器】量热器（附电热丝），温度计（0℃～50℃、0.1℃），电流表，电压表，直流稳压电源，秒表，物理天平，开关等。
【实验原理】仪器装置如图2－16a －1所示，M 与B 分别为量热器的内外两个圆筒，C 为绝缘垫圈，D 为绝缘盖，J 为两个铜金属棒，用以引入加热电流，F 是绕在绝缘材料上的加热电阻丝，G 是搅拌器，H 为温度计，E 为稳压电源。
1．电热法测热功当量强度为I 安培的电流在t 秒内通过电热丝，电热丝两端的电位差为U 伏特。
则电场力做功为W ＝IUt （2－16a －1） 这些功全部转化为热量，此热量可以用量热器来测量。
设m 1表示量热器内圆筒和搅拌器以及装有缠绕线的胶木支架（一般质料相同，否则应分别考虑）的质量，C 1表示其比热。
m 2表示缠绕线的胶木（或玻璃）的质量，C 2表示其比热。
m 3表示量热器内圆筒中水的质量，C 3表示水的比热，V 表示温度计沉入水中的体积，T 0和T f 表示量热器内圆筒及圆筒中水的初始温度和终止温度，那么量热器内圆筒及圆筒中的水等由导体发热所得的热量Q 为Q ＝（m 1C 1＋m 2C 2＋m 3C 3＋0.46V ）（T f －T 0） （2－16a －2） 所以，热功当量))(46.0(0332211T T V C m C m C m IUt Q W J f -+++==焦耳/卡 （2－16a －3） J 的标准值J 0＝4.1868焦耳/卡。
2．散热修正如果实验是在系统（量热器内筒及筒中的水等）的温度与环境的温度平衡时，对电阻通电，那么系统加热后的温度就高于室温θ。
实验过程中将同时伴随散热作用，这样，由温度计读出的终止温度的数值T 2必须比真正的终止温度的数值T f 低。
（即假设没有散热所应达到的终温为T f ）。
为了修正这个温度的误差，实验时在相等的时间间隔内，记下相对应的温度，然后以时间为横坐标，温度为纵坐标作图，如图2－16a －2所示。
电热法测热功当量[新版]
![电热法测热功当量[新版]](https://img.taocdn.com/s3/m/b649adc685254b35eefdc8d376eeaeaad1f3160e.png)
答：实验条件是系统与外界没有较大的热交换，并且系统（即水）应尽可能处于准静态变化过程。
实验方法是电热法。
系统误差的最主要来源是系统的热量散失，而终温修正往往不能完全弥补热量散失对测量的影响。
其他来源可能有①水的温度不均匀，用局部温度代替整体温度。
②水的温度与环境温度差异较大，从而给终温的修正带来误差。
③温度，质量及电功率等物理量的测量误差。
2. 试定性说明实验中发生以下情况时，实验结果是偏大还是偏小?(1) 搅拌时水被溅出；答：实验结果将会偏小。
水被溅出，即水的质量减少，在计算热功当量时，还以称横水的质量计算，即认为水的质量不变，但是由于水的质量减少，对水加热时，以同样的电功加热，系统上升的温度要比水没有上升时的温度要高，即水没溅出在同样电功加热时，应上升T度，而水溅出后上升的温度应是T+ΔT度。
用J = A / Q，有Q =（c i m i T），J = A / [（T+△T）/ mc]，分母变大J变小。
(2) 搅拌不均匀；答：J 偏大、偏小由温度计插入的位置与电阻丝之间的距离而定。
离电阻丝较远时，系统温度示数比，匀均系统温度低，设T为均匀系统温度，温度计示值应为T-ΔT，用J=A/θ计算，分母变小，则J变大；离电阻丝较近时，温度计示值应为T+ΔT，分母变大，因而J变小。
为室温，若测得值偏高Δθ时，测量得到的温度值为(3) 室温测得偏高或偏低。
答：设θθ0+Δθ；偏低Δθ时，测量温度值为θ0-Δθ，在计算温度亏损时，dT i=k(T i-θ)，k是与是室温无关的量(k与室温有关)，只与降温初温和降温终温以及降温时间有关，测得室温偏高时，dT i =k [T i - (θ0+Δθ)]，每秒内的温度亏损dT i 小于实际值，t 秒末的温度亏损δT i =∑k [T i - (θ0+Δθ)]。
此值小于实际值，由于散热造成的温度亏损δT i =T f + T f ″，修正后的温度T f ″为：T f ″= T f -δT i ，δT i 为负值，当测量值低于实际室温时，δT i 的绝对值变小：T f ″=T f +｜δT i ｜，即T f ″变小，ΔT 变小（其中ΔT ＝T f ″- T f 初，T f 初：升温初始值），∑∆==Tm c AQ A J i i , J 变大，反之J 变小。
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用电热法测量热功当量
教学目标：
1. 用电热法测热功当量。
2. 学习用牛顿冷却定律，进行散热修正。
教学方法：
采用研究式、答辩式教学方法。
实验内容
1. 测量质量，填表1
2. 连接电路、选量程、电压。
3. 测外围温度θ1
4. 连接电源，记T 0 ，没隔1分钟，填表2
5. 断电，接着测降温温度，每隔1分钟，填表3，以求k
6. 测环境温度θ
2 取θ=21（θ1+θ2） 7. 求δν
重点及难点：
重点：自然冷却定律修正温度（终）及操作严谨 难点：牛顿自然冷却定律
教学过程设计
1. 电场力作功
W = V I t (1)
单位：焦耳、伏特、安培、秒
系统吸收全部热量
Q=（C 0M 0+C 1M 1+ C 2M 2+0.46δV ）(T f –T 0) (2) 由（1）、（2）式可得：
QJ=W ，则J=Q
W 焦耳/卡 称为热功当量 2. 终温修正
散热后实际终温为T f ” (测的温度)，不散热达到终温为T f (理想温度) 由散热导致温度下降δT
测T f = T f ” +δT （4）
3. 求δT 的方法：
根据牛顿自然冷却定律 dt
dT =K （T —θ） 自然冷却：''
0f
T T - t=0→t k=θθ--'0'ln 1T T t f (1/min)
δT=k(θ-T )t 其中)(2
1"0f T T T += T f = T f ” +δT
数据处理：
计算法
作图法，采用作图法较为直观。
例：
1. C 0=1.000卡/克•度 C 1=0.092卡/克•度 C 2=0.094卡/克•度
2. 电压U=8.2伏 电流I=0.975安
3. 环境温度 θ
环=20.0C 0 m 0=167.0克 m 1=203.0克 m 2=49.9克
由图 =0.9℃ θf =θb +=28.0+0.9=28.9℃ 由计算机数据处理结果 J=4.30焦耳/卡 误差 E=%10018.430
.418.4⨯-=2.9% J=4.18焦耳/卡为公认值。
θ℃--t(分)图
t (分)。