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Hemingway

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日志

 
 

测定冰的熔解热  

2011-04-20 21:11:30|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                          测定冰的熔解热

     

  测定冰的熔解热



 

一、前言

物质从固相转变为液相的相变过程称为熔解。一定压强下晶体开始熔解时的温度称为该晶体在此压强下的熔点。对于晶体而言,熔解是组成物质的粒子由规则排列向不规则排列的过程,破坏晶体的点阵结构需要能量,因此,晶体在熔解过程中虽吸收能量,但其温度却保持不变。物质的某种晶体熔解成为同温度的液体所吸收的能量,叫做该晶体的熔解潜热。

 

二、实验目的

1、学习用混合量热法测定冰的熔解热。

2、应用有物态变化时的热交换定律来计算冰的溶解热。

3、了解一种粗略修正散热的方法——抵偿法。

 

三、教学重、难点

1、正确选择测量温度的方法和时机。

2、严格按操作要求取用冰块和使用量热器。

 

四、实验原理

本实验用混合量热法测定冰的熔解热。其基本做法如下:把待测系统 A 和一个已知热容的系统 B 混合起来,并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统 C(C=A+B).这样 A(或 B)所放出的热量,全部为 B(或 A)所吸收。因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量 Q,是可以由其温度的改变 △T 和热容 C 计算出来,即 Q = C△T ,因此待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。

实验时,量热器装有热水(约高于室温10℃,占内筒容积1/2),然后放入适量冰块,冰溶解后混合系统将达到热平衡。此过程中,原实验系统放热,设为 Q放 ,冰吸热溶成水,继续吸热使系统达到热平衡温度,设吸收的总热量为 Q吸。

因为是孤立系统,则有Q放= Q吸                        (1)

设混合前实验系统的温度为T1,其中热水质量为m1(比热容为c1),内筒的质量为m2(比热容为c2),搅拌器的质量为m3(比热容为c3)。冰的质量为 M(冰的温度和冰的熔点均认为是0℃,设为T0),数字温度计浸入水中的部分放出的热量忽略不计。设混合后系统达到热平衡的温度为T℃(此时应低于室温10℃左右),冰的溶解热由L表示,根据(1)式有  ML+M c1(T- T0)=(m1 c1+ m2 c2+ m3 c3)(T1- T)


T

T'



θ


因Tr=0℃,所以冰的溶解热为:


K



T1

T1'

 

 



J


           (2)

综上所述,保持实验系统为孤立系统是混合量热法所要求的基本实验条件。为此整个实验在量热器内进行,但由于实验系统不可能与环境温度始终一致,因此不满足绝热条件,可能会吸收或散失能量。所以当实验过程中系统与外界的热量交换不能忽略时,就必须作一定的散热修正。

牛顿冷却定律告诉我们,系统的温度Ts 如果略高于环境温度 (如两者的温度差不超过 10℃-15℃),系统热量的散热速率与温度差成正比,用数学形式表示为

【K为常数,与量热器表面积,表面情况和周围环境等因素有关】

 

【散热修正】:通过作图用外推法可得到混合时刻的热水温度T1',和热平衡的温度T'。

图中AB和DE分别表示热水的温度和冰水混合后系统达到热平衡的温度随时间变化线段。纪录冰水混合后系统达到室温T0的时刻t0,图中面积BCG与系统向环境散热量有关,面积CDH与系统自环境吸热量有关。当面积BCG等于面积CDH时,过t0作t轴的垂线,与AB和DE的延长线分别交于J、K点,则J对应的温度为T1',K对应的温度为T'。(隔15s或20s测一个点)

 

五、实验仪器

DM-T数字温度计、LH-1量热器、WL-1物理天平、保温瓶、秒表、毛巾等。

 

 

六、实验内容与步骤

1、将内筒擦干净,用天平称出其质量m2。(搅拌器质量m3数据已提供)

2、内筒中装入适量的水(约高于室温10℃,占内筒容积1/2),用天平称得内筒和水的质量m2+m1。

3、将内筒置于量热器中,盖好盖子,插好搅拌器和温度计,开始计时并轻轻上下搅动量热器中的水,观察热水的温度变化(如每隔15s记录一个数据),直到温度稳定,记录稳定的初始温度T1。

4、初始温度记录后马上从冰箱中取出预先备好的冰块(3-6块),用毛巾将冰上所沾水珠吸干,小心的放入量热器中。

5、用搅拌器轻轻上下搅动量热器中的水,记录温度随时间的变化,当系统出现最低温T(℃)时,说明冰块完全溶解系统基本达到热平衡,再记录回升温度2-3个点。

6、将内筒拿出,用天平称出内筒和水的质量m2+m1+M。

7、实验完毕,整理仪器,处理数据。

七、数据表格及数据处理

【已知参数】:水的比热容c1=4.186×103J/kg·℃,内筒(铁)的比热容为c2=0.448×103J/kg·℃,搅拌器 (铜)的比热容为c3=0.38×103J/kg·℃,搅拌器的质量为m3=6.24g,冰的溶解热参考值L=3.335×105J/kg。

表格一 实验主表格

名称

内筒质量

内筒+水质量

加冰后总质量

初始温度

平衡温度

环境温度

冰的温度

符号单位

m2(g)

m2+m1(g)

m2+m1+M(g)

T1(℃)

T(℃)

θ环(℃)

T0(℃)

数值

 

 

 

 

 

 

 

表格二 温度随时间变化数据表格(时间间隔  s,记录10-20个点)

时间

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

温度(℃)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

时间

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

温度(℃)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

根据公式计算熔解热以及相对于参考值的百分比误差。

八、注意事项

1.室温应取实验前、后的平均值;水的初温,可高出室温约10 ℃~15 ℃;配置温水时,又应略高于 约1 ℃~2 ℃(为什么?)

2.严守天平的操作规则。

3.投冰前应将其拭干,且不得直接用手触摸;其质量不能直接放在天平盘上称衡,而应由投冰前、后量热器连同水的质量差求得。

4.为使温度计示值确实代表系统的真实温度,整个实验过程中(包括读取前)要不断轻轻地进行搅拌(搅拌的方式应因搅拌器的形状而异)。

5.搅拌动作要轻,幅度不要太大,以免将水溅到量热筒外。

 

九、实验思考题

1.冰块投入量热器内筒时,若冰块外面附有水,将对实验结果有何影响(只需定性说明)?

2.整个实验过程中为什么要不停地轻轻搅拌?分别说明投冰前后搅拌的作用。

 

十、实验后记

1.混合量热法所要求的基本实验条件是什么?本实验是如何得到满足的?

2.本实验中的“热力学系统”是由哪些组成的?量热器内筒、外筒、温度计、搅拌器等都属于该热力学系统吗?

3.冰块投入量热器之前应做好哪些准备工作?投冰时应注意什么?

6.怎样由系统温度的变化推断冰已全部溶解?末温是如何确定的?

7.哪些因素会影响测量的准确性?实验中应怎样注意?

8.试定性说明下述情况给 的测量结果带来的影响。

(1) 测初温之前没有搅拌;

(2) 测初温后到投冰之前相隔了一段时间;

(3) 搅拌过程中有水溅出;

(4) 冰未拭干就投入量热器;

(5) 实验过程中打开量热器盖子看了看。

执笔人:HEMINWAY

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