电热当量.doc

电热当量1、实验原理 仪器装置如图所示，M与B分别为量热器的内外两个圆筒，C为绝缘，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。 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m1表示量热器内圆筒质量，C1表示其比热。m2表示的质量，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，T和T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＝（m1C1＋m2C2＋m3C3）（T－T）? ????????????（2） W=Q 通过实验检验此式是否相等。 2、实验主要步骤 1．m筒。然后向量热器内筒注入水，水的体积占内筒容积1／2左右。用天平称出筒和水的总质量m，则m水＝m－m筒。 2．T1。 3．15.0伏左右，闭合开关同时启动秒表记时，并迅速调节变阻器使电流在（0.700－1.000）安培。以后要随时观察电流表和调整变阻器，使电流值保持稳定。通电过程中，不断轻微搅拌水，以加速热传导。读出电流表和电压表的示数。 4．T2和通电时间t。 5．．温度计要浸入水中，但又不能触及电热丝．电路接好后，须经指导教师检查无误后，才能接通电源，注意电表的正负极性不要接反。 ．只有当电热丝浸入在水中才能通电，否则，电热丝可能会被烧坏。 注意电表电表的正负极性不要接反。电表 附录 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T2必须比真正的终止温度的数值Tf低。（即假设没有散热所应达到的终温为Tf）。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3－4b－2所示。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。 根据牛顿冷却定律，当系统的温度T与环境的温度θ相差不大时，由于散热，系统的冷却速率 ????????????????????? ?????????????????????????????（4） 即冷却速率与系统的温度T成线性关系。 当系统自T0升温到T2时，其冷却速率相应从0增大到。所以在BD升温过程中，系统的平均冷却速率，在此过程中由于散热而使系统最终产生的误差 ?????????????????????? ???????????????????????????（5） 系统的真正终温 ?????????????????????? ??????????????????????（6） 数据处理时，还可用作图的方法求Tf值。如图2所示，将DE线段往左外延，再通过P点（t1/2点）作横坐标轴的垂线与DE的外延线交于F点，则F点对应的温度就是系统修正后的终止温度Tf 。 如果系统起始加热的温度T0不等于室温，则由于开始时的温度冷却速率不为零，系统的温度修正值不能用（5）式。从牛顿冷却定律知，当系统与环境的温度相差不大时（小于15℃），其温度冷却速率与温度差成正比。于是，可得开始加热时的冷却速率其中，v为用温度计测得系统的终止温度T2时的冷却速率，可从图3－4b－2求得（）。所以在BD升温过程中系统的平均冷却速率 ?????????????????????? 系统的真正终温 ?????????????????????? ?????????????????????????? ???????????????????（7）