热功当量.
热功当量实验报告数据
一、实验目的1. 理解热功当量的概念。
2. 测量热功当量的数值。
3. 验证能量守恒定律。
二、实验原理热功当量是指单位质量的热能转化为功的量。
根据能量守恒定律，热能和功是可以相互转化的。
本实验通过将热能转化为机械能，测量机械能的大小，从而得出热功当量的数值。
三、实验器材1. 燃烧匙2. 烧杯3. 钢尺4. 温度计5. 秒表6. 红磷7. 水银温度计8. 量筒9. 细沙10. 铝片11. 搅拌棒四、实验步骤1. 准备实验器材，将红磷放入燃烧匙中。
2. 在烧杯中加入适量的水，用温度计测量水的初始温度。
3. 将红磷投入烧杯中，用秒表计时，观察并记录水沸腾的时间。
4. 水沸腾后，立即用温度计测量水的最高温度。
5. 将烧杯中的水倒入量筒中，测量水的体积。
6. 将量筒中的水倒入烧杯中，用搅拌棒搅拌，使其充分混合。
7. 用温度计测量混合水的温度。
8. 重复以上步骤三次，取平均值。
五、实验数据1. 红磷质量：0.5g2. 水的初始温度：20℃3. 水的最高温度：100℃4. 水的体积：200ml5. 混合水的温度：95℃6. 水沸腾时间：30s六、数据处理1. 计算水的质量：m = ρV = 1g/cm³ × 200ml = 200g2. 计算水的温度变化：Δt = 100℃ - 20℃ = 80℃3. 计算水的热量：Q = cmΔt =4.18J/(g·℃) × 200g × 80℃ = 66880J4. 计算热功当量：W = Q/t = 66880J / 30s = 2263.33J/s七、实验结果根据实验数据，热功当量的数值为2263.33J/s。
八、实验结论通过本次实验，我们成功测量了热功当量的数值，验证了能量守恒定律。
实验结果表明，热能和功是可以相互转化的，且在一定条件下，二者具有确定的当量关系。
九、注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免烫伤。
2. 实验器材要保持清洁，避免污染。
热功当量值表示字母-概述说明以及解释
热功当量值表示字母-概述说明以及解释1.引言1.1 概述热功当量是热力学中的一个重要概念，它用来表示物体所具有的热能与工作能力之间的转化关系。
简单来说，热功当量就是指单位热能所能产生的工作量。
在热力学中，我们知道能量可以以多种形式存在，其中包括热能和机械能。
而热功当量则是描述这两种能量之间的转化关系，它告诉我们单位热能可以转化为多少单位的机械能。
热功当量的重要性在于它使我们能够在热力学领域进行能量计算和转换。
通过研究热功当量，我们可以了解到不同物体在接受热能时产生的机械能有多大，从而为工程设计和能源利用提供了依据。
热功当量的测量方法有很多种，其中最常用的方法是利用热机的工作原理进行测量。
通过测量热机在工作过程中释放的热能和所做的功，我们可以根据能量守恒定律来求解热功当量的数值。
总结来说，热功当量是描述热能和机械能之间转化关系的物理量，它在热力学中具有重要的应用价值。
通过测量热机的工作原理，我们可以准确求解出物体的热功当量值，从而为工程设计和能源利用提供了基础数据。
接下来，我们将详细介绍热功当量的定义和测量方法，以便更好地理解和应用这一概念。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将按照以下结构来展开对热功当量值的介绍和讨论:1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 热功当量的定义2.2 热功当量的测量方法3. 结论3.1 总结3.2 对热功当量的重要性的讨论在引言部分，我们将简要介绍热功当量值的背景和意义。
首先，我们会给出对热功当量的概述，解释它在物理学和工程领域中的重要性。
接着，我们将介绍本文的整体结构，以及本文的目的和所涉及的主要内容。
在正文部分，我们将详细探讨热功当量的定义和测量方法。
我们会解释热功当量是什么，以及它与其他相关概念的关系。
然后，我们将介绍不同的测量方法，包括直接测量和间接测量。
我们还会列举一些常用的热功当量测量工具和技术，并讨论它们的优缺点。
最后，在结论部分，我们将总结文章的主要内容和发现。
简述热功当量的实验原理
简述热功当量的实验原理
热功当量是指单位功所释放的热量，也是热量与功之间的转化比例。
其实验原理基于能量守恒定律和热力学第一定律。
实验中一般会利用电能和热量之间的相互转化关系来测定热功当量。
具体步骤如下：
1. 首先，通过电源将电能输入到一个电阻中，使其发热。
2. 接着使用导热体将电阻中产生的热量传递给一个水槽中的水。
3. 使用热量计测量水槽内水温的变化，从而得到水的质量和温度变化。
4. 根据热量和温度的关系，可以计算出水槽中吸收的热量。
5. 同时，可以通过电流表和电压表测量电阻上的电流和电压，从而计算出电功。
6. 最后，通过计算热量和电功之间的比例关系，即可得到热功当量。
需要注意的是，实验过程中要考虑到各种损耗，如导热体、电路中的损耗等，以准确计算出热功当量。
实验结果较理论值有差别时，可以通过改进实验装置和减
小误差来提高实验精度。
3热力学第一定律3
体系所作的功如阴影面积所示。
3.多次等外压膨胀
p'
p2
p1
V'
V2
V1
p'
V1
V' V"
V' V"
p"
p p1
p1V1
阴影面积代表We,3
p 'VW = - p '(V '- V ) e,3 1
p'
p2 (V2 V ')
p2
V1
V'
- p (V - V ) ' - p1 (V1 - V )
整个过程所作的功为三步加和。
'
'
"
3.可逆压缩
水
如果将蒸发掉的水气慢慢在杯中凝聚， 使压力缓慢增加，恢复到原状，所作的功为：
p2
始 态
pe pi dp
V2
p
p1
p1
V1
终 态
p1V1
' 阴影面积代表We,3
p2 V1
p2V2
V V
3.可逆压缩 如果将蒸发掉的水气慢慢在杯中凝聚，使压力缓 慢增加，恢复到原状，所作的功为：
三、可逆过程（reversible process）
体系经过某一过程从状态（1）变到状态（2） 之后，如果能使体系和环境都恢复到原来的状态 而未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力 学可逆过程。否则为不可逆过程。 上述准静态膨胀过程若没有因摩擦等因素造 成能量的耗散，可看作是一种可逆过程。过程中 的每一步都接近于平衡态，可以向相反的方向进 行，从始态到终态，再从终态回到始态，体系和 环境都能恢复原状。
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
热力学第一定律
1.2 热 力 学 第 一 定 律1.2.1 热功当量热力学第一定律的数学表达式设有任一个物系做一个任意循环（如图），吸热为Q '，做功为W ，我们发现0=+'W Q J（1）由于Q '的单位为卡，功的单位为焦耳，二者 不能直接相加，Q '前必须乘以热功转换系数或称热功当量J （焦耳/卡）。
Joule （焦耳）和 Mayer （迈耶尔)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。
即： 1 cal = 4.1840 J这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。
1.2.2 能量守恒定律自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。
到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。
1.2.3 热力学能(Internal energy)系统总能量通常有三部分组成： 1）系统整体运动的动能 2）系统在外力场中的位能 3）热力学能，也称为内能 1.2.3.1 定义热力学能是指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。
p V热力学中一般只考虑静止的系统，无整体运动，不考虑外力场的作用，所以只注意热力学能1.2.3.2 热力学能的特点1) 内能是体系内部能量的总和 U ，单位J ，kJ ，包括：• 对于组成一定的均匀体系，只要体系的量确定， U 由体系的两个性质确定。
2）3）4） 5） 6） 热力学能是状态函数。
∆U=U 2-U 1,, 微小变化d U 。
1.2.4 热力学第一定律的数学表达式W Q dU δδ+=或 W Q U +=∆这就是热力学第一定律的数学表达式。
对于非循环过程，状态函数的变化值只与初末态有关，与具体的历程无关：w ad =U f -U i =△Uh =A f -A i =△A △U = Q + W (宏观过程）—the First Law of thermodynamics无穷小过程）process( mal infinitesi -+=W Q dU δδ热力学第一定律是能量转化和守恒定律的特殊形式。
热功当量实验指导书
热功当量实验指导书一、实验目的：1.测量机械功转变为热能的能量守恒定律,并测量热功当量。
2.掌握热力学实验结果的曲线校正方法．二、仪器设备：J-FR3型热功当量实验仪、天平（50mg）及附件、烧杯、温度计（0.1C0）、秒表、砝码、钢卷尺．三、实验原理：J-FR3型热功当量实验仪的主要部分为两个黄铜制成密切相合的圆锥体。
外圆锥体直立于转轴上，可由摇轮通过皮带传动使其转动。
并有记转器与转轴相联。
内圆锥体系空心铜杯，可盛放水，上置大圆盘，沿圆盘外周用软线通过一小滑轮悬挂砝码，使产生一力矩，以阻止内圆锥体随同外圆锥体转动。
若此力矩与内圆锥体间的摩擦力矩相等且作用方向相反Array时，内锥体将停留不转动，砝码亦悬空。
此种情况下，相当于外锥体转动一样。
砝码下落所作的功则完全消耗在克服内外锥体间的摩擦，故若圆盘半径为R外锥体转动n转相当于砝码下落π2nR假定砝码质量为m则砝码下落所作之功，亦即消耗在内外锥体间的摩擦功为：π2nRmg此项摩擦消耗的功全部转变为热能。
其热量可由内外锥体及杯内所盛水的温度变化量予以求算。
四、实验步骤：1.熟悉仪器：先将大圆盘及内外两锥体取下，可看到外锥体底座有一缺口，安装时可将锥体转动位置待缺口对准轴上的销子，锥体即座落在轴上，扶正锥体并稍微向下压紧即可。
装上大圆盘处于近水平位置。
悬挂砝码钩的线一端固定在圆盘边上将线在盘周槽内套一圈再跨过小滑轮，并使悬线与圆盘成正切。
摇动摇轮，并一手拉住砝码钩，阻止圆盘及内锥体随同外锥体转动。
试摇数转后可加约100－200克砝码，使在外锥体静止时，能拖动圆盘带动内锥体转动。
再徐徐摇动摇轮，控制摇转的速度，将能使砝码悬挂在空中不动。
适当调节砝码重量，至摇轮每分钟约60转较为适宜。
2.记录数据：室温：由温度计读出；圆盘周长：用圆盘上的线绕圆盘一周，用钢卷尺测量细线的长度；搅拌棒的质量，内、外圆锥体的质量：由天平测出，记转器初始值：注意左边的计数盘每格为一转，而左边的计数盘每格为100转．壱弐用烧杯取大约100ｍｌ的水（注意：水的温度应低于室温大约10度为宜，可用温度计测量）. 放于天平上称出烧杯连同水的总质量，然后取下热功当量实验仪的大圆盘，将水加入到小圆锥体的小杯中，至杯口12～15ｍｍ为宜．然后称出剩余水及烧杯的总质量．并记录两次称量的结果，他们的差值即为我们实验中注入水的质量。
热功当量qli
实验 用电热法测定热功当量【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℃～100℃、1℃），电流表，电压表，直流稳压电源，秒表，电子天平，开关等。
【实验原理】仪器装置如图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 （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（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表示量热器内圆筒中水的质量，C 2表示水的比热，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）（T f －T 0） （2）其中，热容用cal 做单位，则：C 黄铜 = 0.0936 cal/(g.o C)，C 水 = 1 cal/(g.o C) 所以，热功当量))((02211T T C m C m IUtQ W J f -+==J/cal （3）J 的标准值J 0＝4.1868焦耳/卡。
2．散热修正方法1：根据牛顿冷却定律修正。
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必定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所示。
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熱功當量
1.目的：使力學能完全轉換成熱，證實熱是一種能量，且測定功與熱二數量間之關係。
2.實驗裝置：如右圖。
3.步驟及原理：
(1) 二質量為m 公斤之重錘由高h 米處緩緩下降。
(2) 重錘下降所損失的位能悉由器內摩擦阻力化成水及容器
的熱量，使水和容器的溫度增高。
(3) 若重錘升降n 次後，可使質量'm 克的水及水當量M 克的
容器溫度上升T ∆℃，則：
重錘下降h ，損失之重力位能U 對水及容器作功：
2W mgh n =⨯（焦耳）
水及容器獲得的熱量'()H m M T ∆=+（卡１）
●絕熱狀態，因此U 全轉成H 。
二、熱功當量：欲產生一單位的熱量所需輸入的功。
由焦耳實驗得：
4.187(/)W J J c a l H == J W H ⎧⎪⎨⎪⎩
：熱功當量：功：熱
例一：焦耳「熱功當量」實驗，若系統有熱傳遞到外界，則測出的熱功當量值應較實際值大
或小？（需列式說明）
例二：在焦耳實驗中，如兩錘之質量均為10公斤，落下之距離均為20公尺，容器中的水質
量為3.8公斤，原來水溫為20℃，實器及翼瓣之總質量為2公斤，其比熱為0.1卡／ 克-℃，實驗後水溫變為20.25℃，則由此實驗得到的功當量為 。
（210/g ms =）
練習：於焦耳熱功當量實驗中，容器中原有50克的水，測得溫度為20℃，再加入100克
30℃之熱水後，熱平衡時溫度為25℃。
隨即使2個垂錘緩緩下降1.5米，設法使垂錘 回到原高處，再落下一樣之高度，如此重複21次，則最後之水溫為 ℃，容器之 水當量為 克。
（每個重錘4kg ；210/g m s =）
例三：在焦耳的實驗裝置中，兩邊之垂錘各25kg ，設210/g m s =，且容器為絕熱，若重錘下
落之距離為20米，每次下落攪動水後，設法使垂錘回到原處，再使其下落，如此重複 20次後，已知槽中的水為7kg ，且容器的水當量為3kg 。
(1) 若垂錘下落之速度甚小，則水溫升高 ℃。
(2) 若重錘以20.02/m s 之加速度落下，20秒後再使重錘回到原處，再使其以20.02/m s
之加速度落下，如此重複20次後，則水溫升高 ℃。
（計算到小數點以下第
二位，第三位四捨五入。
）
練習：於焦耳之熱功當量實驗中，各重錘之質量為1kg ，每次使之下落5米，以帶動蹼輪以
攪動容器中的水，水之質量為500公克，共下落42次。
則：
(1) 若使重錘緩慢下落，則水溫升高若干？
(2) 若重錘下落之加速度為4.8米／秒2，則水溫升高若干？
例四：一瀑布高420米。
假設水落至瀑布底時的動能全部變成熱能，則瀑布底及頂點的水溫
相差約為 ℃。
（210/g m s =）
例五：雨點質量m 千克，由高h 米處以g 之等加速度自由落下，落入絕熱之水桶中，桶內裝
有M 千克之水，設最初雨點之溫度與桶中之水溫相同，不計水桶之吸熱，又水之比熱 設為s 卡／克-℃，則雨點落下後水溫升高若干℃？ (A)
30.24()10mgh m M s +⨯ (B) ()mgh M m s + (C) 4.2()mgh M m s + (D) 0.24()mgh M m s + (E) 3()10mgh M m s +⨯
練習：
1.一個洗澡用電熱水器，功率為4200W ，設自來水溫20℃，洗澡用水溫40℃，電功率有50 ％用於使水溫上升，問每秒有多少水流量？
2.高空下落的雨滴，因受到空氣阻力，落地前會以等速下降。
一雨滴的質量為72.710-⨯公斤， 落地後以等速度20公尺／秒下降，設在此等速運動期間，雨滴受空氣阻力所生之熱量全部 被雨滴吸收，且雨滴之質量保持不變，則此雨滴每秒溫度約升高幾度？
(A) 5 (B) 0.5 (C) 2510-⨯ (D) 3510-⨯ (E) 4510-⨯ ℃
例六：質量為2kg 之鉛塊以10/m s 之速度沿光滑水平面運動，碰撞另一靜止質量為3kg 之鉛
塊。
設碰撞後連為一體，若原來二鉛塊溫度相同，鉛之比熱為0.020卡／克-℃，則碰 撞後鉛塊溫度上升若干℃？
例七：質量3kg 的物體A ，靜置於0.8h =米的光滑桌緣，質量2kg 的物體B 水平碰撞A 後，
合體落在地面上距桌腳3.2米處（A 、B 為完全非彈性碰撞），若碰撞時所產生熱能的 84％為B 所吸收，且B 的比熱為0.1卡／克-℃，則B 的溫度上升 ℃。
（21 4.2,10/cal J g m s ==）
練習：
1.1公斤的鐵錘，以25公尺／秒的速度敲擊放在地上重100克的銅塊。
已知銅的比熱為0.093 卡／克-℃，假設有一半的力學能轉變為銅塊的熱能，則此銅塊的溫度增加 ℃。
2.有一A 物質量0.2kg 以某速度正向碰撞質量為0.3kg 之B 物後合為一體，將力常數 210/k N m =之輕彈簧壓縮了1.2公尺，若A 、B 兩物體之比熱均為0.025/cal g -℃，則撞 後A 、B 兩物之溫度升高若干？（1卡＝4.2焦耳）
例八：將一0℃之冰塊投向石壁，若冰塊動能之12變為它熔解所需之熱量，且知冰塊有14
熔解，則冰塊撞擊石壁之速度至少為 /m s 。
（4.2
J =焦耳／卡，冰之熔化熱為 80卡／克）
練習：如圖，光滑桌面上，一淺盤中置一冰塊質量M kg ，呈
靜止，一質量m kg 的子彈以/v m s 的速度水平穿過， 穿出後速度變為2
v ，若子彈溫度不變，則此時冰盤整 體的速度為 ；若子彈穿出後，冰未全熔化，則 可知有 克的冰熔化。
（已知14cal J ）
P.12-22。