文档介绍：北航物理实验研究性报告热学系列实验1021汇总
北航物理实验研究性报告热学系列实验1021汇总
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北航物理实验研究性报告热学系列实验1021汇总
北航物理实验研究性报告水、温度计和搅拌器的热容是
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能够计算出来或实测获得的，在此基础上，
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就能够用混淆法进行量热实验了。
图1量热器示意图
1—温度计；2—带绝热柄的搅拌器；
内筒置于一绝热架上，外筒用绝热盖盖
3—绝热盖；4—绝热架；5—空气；
住，因此空气与外界对流很小，又因空气是
6—表面镀亮的金属外筒；
7—表面镀亮的金属内筒
不良导体，所以内、外筒靠传导方式传达的
热量同样能够减至很小，同时由于内筒的外
壁及外筒的内外壁都电镀的十分光明，使得它们发射或吸收辐射热的本领变得很
小，于是实验系统和环境之间因辐射而产生的热量传达也得以减小，
这样的量热
器就能够使实验系统大略地靠近于一个孤立系统了。
（3）实验原理
若有质量为M,温度为T1的冰（在实验室环境下其比热容为c1，熔点为T0），
与质量为m，温度为T2的水（比热容为c0）混淆，冰全部溶解为水后的平衡温
度为T3，设量热器的内筒和搅拌器的质量分别为m1、m2，比热容分别为c1、c2，
温度计的热容为m。如果实验系统为孤立系统，将冰投入盛水的量热器中，则
热平衡方程式为
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北航物理实验研究性报告热学系列实验
c1M(T0-T1)+ML+c0M(T3-T0)=(c0m+c1m1+c2m2+m)(T2-T3)
（）
式中，L为冰的熔解热。
在本实验条件下，冰的熔点也可认为是0℃，即T0=0℃,所以冰的熔解热为
1
（）
L=(c0m+c1m1+c2m2+m)(T2-T3)-c0T3+cIT1
M
为了尽可能是系统与外界互换的热量达到最小，除了使用量热器以外，实验的操作过程中也必须予以注意，比如不应该直接用手去把握量热器的任何部分；不应该在阳光的直接照射下或空气流动太快的地方（如通风过道、电扇旁边）进行实验；冬天要防止在火炉或暖气旁做实验等。别的，由于系统与外界温度差越大时，在它们之间传达热量越快，而且时间越长，传达的热量越多，因此在进行量热实验时，要尽可能使系统与外界温度差小，并尽量使实验过程进行得快速。
只管注意到了上述的各个方面，系统仍不可能完全达到绝热要求（除非系统与环境的温度时时刻刻完全相同）。因此，在作精细测量时，就需要采用一些办法来求出实验过程中实验系统终究消散或吸收了多少热量，进而对实验结果进行修正。
（4）牛顿冷却定律法
一个系统的温度如果高于环境温度它就要消散热量。实考证明，当温度差相当小时（比如不超过10—15℃），散热速率与温度差成正比，此即牛顿冷却定律，用数学形式表示可写成
δqK(Tθ)
（）
δt
式中，q是系统消散的热量；t是时间间隔；K是散热常数，与系统表面积成正
比，并随表面的吸收或发射辐射热的本领而变，T、分别是所考虑的系统及环
境的温度；q称为散热速率，表示单位时间内系统消散的热量。
t
下面介绍一种根据牛顿冷却定律大略修正散热的方法。已知当T>时，
q>0，系统向外散热；当T<时，q<0，系统从环境吸热。能够取系统的初
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温T2>,终温T3<,以设法使整个实验过程中系统与环境间的热量传达前后彼
此相抵消。
考虑到实验的详细情况，刚投入冰时，水温高，冰的有效面积大，溶解快，
因此系统表面温度T（即量热器中的水温）降低较快；随后，随着冰的不断熔化，
冰块渐渐变小，水温渐渐降低，冰溶解变缓，水温的降低也就变慢起来。量热器
中水温随时间的变化曲线如图2系统散热修正所示。
T
T2
SA
SB
T3