冰的熔解热实验报告doc.docx
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冰的熔解热实验报告doc
冰的熔解热实验报告
篇一：
冰的熔解热的测定
冰的熔解热的测定
摘要：
用混合法测定冰的熔解热是把冰和一个容量已知的系统混合起来达到热平衡，在与外
界没有热交换条件下冰吸收的热量等于系统在实验过程中放出的热量，放出的热量可由温度的改变和热容量计算出来，冰的熔解热可根据条件计算出来。
关键词:
冰的比熔解热、吸热、放热、散热修正
引言：
将一定质量的冰和一定质量的水混合,当混合后的系统达到一定的温度后,冰全部熔解为同温度的水,根据热力学第一定律,冰熔解所吸收的热量与水降温所放出的热量相等.只要测量出系统与外界的换热量、水的质量、冰的质量等,就可以求出冰的熔解热.文中采用混合法测量冰的熔解热，实验中并未考虑系统环境的散热损失.本实验研究方法中采用测量系统中水的质量变化来测量冰的质量。
实验用混合法来测定冰的熔解热，即把待测的系统个已知其热容的系统
（
和一
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
（或
）所放出的热量，全部为
（或
）所吸收。
因为已知和热容C计算出来的，
）。
这样
热容的系统在实验过程中所传递的热量是可以由其温度的改变
即Q?
?
TC。
因此，待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。
由此可见，保持系统为孤立系统，是混合量热法所要求的基本实验条件，这要从仪器装置、测量方法及实验操作等各方面去保证。
如果实验过程中与外界的热交换不能忽略，就要做散热或吸热修正。
温度是热学中的一个基本物理量，量热实验中必须测量温度。
一个系统的温度，只有在平衡态时才有意义，因此计温时必须使系统温度达到稳定而均匀。
用温度计的指示值代表系统温度，必须使系统与温度计之间达到热平衡。
1.1实验原理：
一定压强下的晶体开始熔解时的温度称为该晶体在此压强下的熔点，质量为1g的某种物质的晶体熔解为相同温度的液体所吸收的热量叫做该晶体的熔解热。
本实验采用混合量热测定冰的熔解热，其基本原理是：
把待测系统和一个已知其热容的系统混合起来，并使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统。
于是，在此孤立系统中已知其热容的系统吸收（或放出）的热量也就是待测系统放出（或吸收）的热量。
已知其热容的系统吸收（或放出）的热量可通过其温度的变化及其热容来求得，于是待测系统放出（或吸收）的热量也便可求得。
为了使实验系统成为一个孤立系统，我们采用了量热器。
量热器的种类很多，随测量的目的、要求、测量精度的不同而异。
最简单的一种如图2-27所示，它是由热的良导体做成的内筒，放在一较大的外筒中组成。
通常在内筒中放水、温度计及搅拌器，这些东西（内筒、温度计、搅拌器及水）连同放进的待测物体就构成了我们所考虑的（进行实验的）系统，内筒、水、温度计和搅拌器的热容可以测知。
量热器的内筒置于一绝热架上，外筒用绝热盖盖住，因此其内的空气与外界对流很小。
又因空气是不良导体，所以内、外筒间通过热传导传递的热量
便可减至很少。
同时由于内筒的外壁及外筒的内外壁都十分光亮，使得它们向外辐射热或吸收辐射热的本领变得很小，因而我们进行实验的系统和环境之间因辐射而产生热量的传递也
可减至很小。
这样，量热器就可粗略地被看作一个孤立系统了。
若有M克T1C0的冰与量热器中m克T2C0的水混合，冰全部熔解为水后平衡温度为
T3C0，设冰的熔点为T1C0，量热器的内筒和搅拌器的质量分别为m1和m2g，其比热容为C1和C2，温度计的热容为?
，已知冰的比热容（-40～0℃）为0.43cal/g℃，水的比热容C0
为1cal/g℃，若以L表示冰的熔解热，根据热平衡方程则有：
（1）
在实验室条件下使冰的温度为0℃，而冰的熔点也可以认为是0℃，即T0?
T1?
0C0，则据式
（1）可得：
（2）
实验中内筒和搅拌器的比热容相同，温度计比热容不计故
L?
1
?
mC0?
m1C?
m2C?
?
T2?
T3?
?
T3M
水银温度计的热容δm=0.46V（cal/℃），其中V为温度计浸入水中的体积（单位为cm3）。
为了尽量减少系统与外界之间的热量交换，实验中还要注意：
不应直接用手去握量热器，不应在阳光直接照射下或空气流动太快的地方或接近火炉暖气的地方进行实验，尽量使实验过程进行得迅速等。
一般系统不可能与外界完全绝热，因此在做某些测量时必须对系统与外界交换的热量进行修
正。
在系统与环境温差不大时，这种修正可以根据牛顿冷却定律来进行。
牛顿冷却定律指出：
当系统温度T与环境温度θ相差不大时（不超过10～15℃），系统的散热速度dq/dt与温度差（T-θ）成正比。
即:
dq/dt=K（T-θ）式中K是一个常数（称为散热常数），它与系统表面积成正比，并决定于表面发射或吸收辐射热的本领。
在本实验对冰的熔解热测定中，若T2>θ，T3 ,
同样可得从θ到T3量热器从外界吸收的热量
。
显然，在图2-28中，若面积SA=SB则量热器在整个过程中散失和吸收的热量相互抵消。
若SA≠SB，则可设法测出K值，并据SA和SB对系统在实验过程中与外界交换的热量进行修正。
的热量交换不能忽略时，就必须作一定的散热修正。
2.1实验步骤：
1.把物理天平调平，称出量热器的内筒和搅拌器的质量分别为m1和m2克2.水的初温可取比室温高10～15℃，水的体积可取量热器内筒容积的2/3左右。
3.称出水、内筒和搅拌器的总质量m3水的质量m?
m3?
m1?
m2，把内筒、搅拌器和水放入外筒的中盖好盖子。
4.为保证室温不变可将量热器放入水装有水的盆中。
5.投入冰前轻轻搅拌水并每隔一定时间（如1min）读，取4～5个点，
6.放入冰后立即盖好盖子注意不要把水渐出，测定实验过程中系统温度随时间变化的情况，应每隔一定时间（例如15s）测一次温度。
7.称出此时的水、内筒和搅拌器的总质量m4，减去m3即为冰的质量M。
8.作T～t图，以分析由于系统与外界有热交换对测量结果的影响，并作为重做实验时为减小系统与外界有热交换的影响对实验参量进行调整的依据。
注意事项：
1.2.3.4.5.
测量过程要不断搅拌，使水温均匀，搅拌器不要碰撞温度计和内筒。
温度计放入水中的深度要适中，温度计的水银泡不要接触冰块，要使其在水中。
冰投入之前要把水擦干，冰不要直接放在太平上称。
投入冰后立即盖好盖子并且不需要搅拌。
注意不要将盆内的水流入内筒。
实验数据：
m1?
108.8gm2?
60.1gm3?
306.5gm4?
342.5g
?
?
24.25C0
3.1数据处理：
根据图可得T2?
36.20C0T3?
18.20C0温度计的比热不计可得：
L?
1
?
mC0?
m1C?
m2C?
?
T2?
T3?
?
T3M
1
?
137.6?
1?
168.9?
0.389?
?
?
36.20?
18.20?
?
18.2036
?
83.45K
?
3.45?
105J
L?
实验误差：
温度计引入U（T2）?
UB（T2）?
0.053
?
2.89?
10?
2C0
U（T3）?
UB（T3）?
?
2.89?
10?
2C0
U（m1）?
UB（m1）?
?
5.77?
10?
2g?
5.77?
10?
5kg
U（m2）?
UB（m2）?
?
5.77?
10?
2g?
5.77?
10?
5kg
U（m）?
UB（m）?
0.1?
5.77?
10?
2g?
5.77?
10?
5kg
篇二：
冰的熔解热测定
冰的熔解热测定
【实验目的】
1．了解热学实验中的基本问题——量热和计温；2．了解粗略修正散热的方法；3．进行实验安排和参量选择。
【实验仪器】
量热器，物理天平或电子天平，数字温度计（-10.0～100.0oC一支），停表等。
本实验用量热器组成一个近似绝热的孤立系统，以满足实验所要求的实验基本条件。
量热器的种类很多，因测量的目的、要求、测量精度的不同而异。
本实验采用结构最简单的一种如图4-15-1所示，它由两个用导热良好的金属（如铜）做成的内筒和外筒相套而成。
内筒放在外筒内的绝热支架上，外筒用绝热盖盖住，因此空气与外界对流很小，
又因空气是热的不良导体，所以内、外筒间借热传导方式传递的热量便可以减至很小。
同时由于内筒的外壁及外筒的内壁都电镀得十分光亮，使得它们发射或吸收辐射热的本领变得很小，于是我们进行实验的系统和环境之间因辐射而产生热量的传递也可以减小。
这样的量热器已经可以使实验系统粗略地接近于一个绝热的孤立系统了。
【实验原理】
1．混合量热法测量冰熔解热原理
在一定压强下，晶体熔解时的温度称为熔点。
单位质量的晶体熔解为同温度的液体时所吸收的热量，称为熔解潜热，也称熔解热L。
不同的晶体有不同的熔解热。
本实验是量热学实验中的一个基本实验，采用了量热学实验的基本方法——混合量热法。
它所依据的原理是，在绝热系统中，某一部分所放出的热量等于其余部分所吸收的热量。
将M克0℃的冰投入盛有m克T1℃水的量热器内筒中。
设冰全部熔解为水后平衡温度为T2℃，若量热器内筒、搅拌器和温度计的质量分别为m1、m2和m3，其比热容分别为C1、C2和C3，,水的比热容为C0。
则根据混合量热法所依据的原理，冰全部熔
110
解为同温度（0℃）的水及其从0℃升到T2℃过程中所吸收的热量等于其余部分从温度T1℃降到T2℃时所放出的热量，即
ML?
M?
T2?
0?
C0?
?
mC0?
m1C1?
m2C2?
m3C3?
?
T1?
T2?
（4-15-1）
由此可得冰的熔解热为
L?
1
?
mC0?
m1C1?
m2C2?
m3C3?
?
T1?
T2?
?
T2C0（4-15-2）
M
在上式中，水的比热容C0为4.18×103J/kg.℃,内筒、搅拌器和温度计都是铜制的，其比热容C1=C2=C3=0.378×103J/kg.℃。
2．实验过程中的散热修正
前已指出，必须在系统与外界绝热的条件下进行实验。
为了满足此条件，我们应该从实验装置、测量方法和实验操作等方面尽量减少热交换。
但是，由于实际上往往很难做到与外界完全没有热交换，因此，必须研究如何减少热量交换对实验结果的影响。
设图4-15-2所示的温度-时间曲线是在进行冰的熔解热实验过程中绘制的，T1'为水的初温，它较环境温度T0高，因此，在投入冰块之前，由于向外界散热，水温也随时间而缓慢降低，如AB段所示。
与B点相应的温度为T1，它就是投入冰块时的温度。
在刚投入冰块时，水温高，冰的有效面积大，熔解快，因此系统温度T降低较
快，如BC段所示；随着冰的不断熔化，冰块逐渐变小，水温逐渐降低，冰熔解就慢了，水温的降低就变缓慢了，如CD段所示。
D点的温度为T2，它是冰块和水混合后的最低平衡温度。
此后，由于系统从外界吸热，水温缓慢升高，如DE段所示。
牛顿冷却定律指出，当系统与环境的温度差不大（不超过10～15℃）时，系统温度的变化率与温度差成正比，其数学式为
图4-15-2冰的熔解热实验T-t曲线
dT
?
k?
（T?
T0）（4-15-3）
dt
式中T为系统的温度，T0为环境的温度，k’为散热系数，只与系统本身的性质有关。
设系统的热容为C，并注意到dQ?
CdT,于是，上式可改写为
111
（4-15-4）dQ
?
Ck'?
T?
T0?
?
k?
T?
T0?
dt
式中k=kC,也是常数。
根据上式，实验过程中，即系统温度从T1变为T2这段时间（t1～t2）内系统与环境间交换的热量为
t2
‘
Q?
k（T?
T0）dt
t1t0
t2
?
（4-15-5）
?
k（T?
T0）dt?
k（T?
T0）dt
t1
t0
?
?
前一项T-T0>0，系统散热，后一项T-T0 SA?
?
（T?
T0）dt
t1t0
SB?
?
（T?
T0）dt
t0
t2
由此可见，SA与系统向外界散失的热量成正比，即有Q散=KSA；SB与系统从外界吸收的热量成正比，即有Q吸=KSB。
因此，只要SA≈SB，系统对外界的吸热和散热就可以相互抵消。
要使SA≈SB，就必须使（T1-T0）>（T0-T2），究竟T1和T2应取多少，或（T1-T0）：
（T0-T2）应取多少，要在实验中根据具体情况调整选择。
具体做法是要进行多次实验，而且在做完某次实验并绘制出T～t曲线后，根据SA和SB的面积判断出下一次实验应如何改变T1和T2。
如此反复多次，就能找出最佳的初温T1和末温T2。
上述这种使散热与吸热相互抵消的作法，往往要经过若干次试验，才能获得比较好的效果。
【实验内容与步骤】
1．冰的制备
将冰从冰箱取出后置于0℃的容器中，过一段时间后再取出并用干布揩干其表面的水后可作为待测的样品了。
2．合理选择各个参数的数值
在做实验时可以适当选择数值的参量有水的质量m、冰的质量M、始温T1及末温T2。
在做第一次实验时，T1可比环境温度高10℃～15℃，水的体积约为量热器内容积的三分之二左右，放入的冰块必须能全部被水淹没，使冰尽快溶解。
若末温太低，第二次实验时为了提高末温，可以减少冰块的质量，也可以增加水的质量或提高始温。
应该
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注意，末温不能选得太低，以免内筒外壁出现凝结水而改变其散热系数。
3．冰的溶解热的测定
（1）用物理天平分别称出量热器内筒和搅拌器的质量m1、m2及水的质量m，温度计的质量m3在其上面已标明。
（2）从放入冰块前三四分钟开始测温，每隔0.5min测一次温度，读取6～8个数据；记下放入冰块时刻，放入冰块后每隔10秒测一次水温，目的是尽量在对应图4-15-2的BC段多测出几个数据；在温度达到最低温度后，继续测温五六分钟，每隔0.5min测一次，读取10～12个数据。
应该注意，为使温度计读数确实代表所要测量的系统的温度，整个实验过程要不断．．轻轻地进行搅拌。
．．．
（3）利用上述数据在坐标纸上绘出T—t曲线，用外推法确定投冰时的水温T1，参照图4-15-2的散热修正方法，尽可能准确地估算SA和SB面积，若相差太大，则应调整各参量的数值，重新做实验。
若基本相等，则可转到下一步骤。
（4）测量包括搅拌器、水及放入的冰块在内的量热器内筒总质量，并算出冰块的质量M。
（5）由（4-15-2）式算出冰的溶解热及作出标准不确定度的评定。
【数据处理】
1．使用仪器的规格，技术指标
天平：
称量级别分度值允差砝码：
级别允差
数字温度计：
测温范围：
分度值允差2．理论常量
水的比热容：
C0=4.18×103J/（kg.oC）铜的比热容：
C1=C2=C3=0.378×103J/（kg.oC）3．测量数据记录
表4-15-1用物理天平称衡个质量（单位：
×10-3kg）
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表4-15-2放冰前后水温T随时间t变化的数据室温：
4．根据测量数据画出T～t图线（要用坐标纸作图线）；5．计算测量结果及其不确定度。
预习思考题
1．本实验中的“热学系统”是由哪些部分组成的？
2．热传递有几种方式？
量热器结构上是如何防止热传递的？
3．混合量热法所依据的原理是什么？
我们应从哪几个方面考虑来尽量满足混合量热法所要求的条件？
4．在实验中，为什么要进行散热修正？
它是根据什么定律进行的？
具体操作要调整哪些参量？
怎样调整？
其中参量T1有什么要求？
思考题
1．根据本实验装置以及操作的具体情况，分析误差产生的主要因素有哪些？
2．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）？
3．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。
4．试分析若系统从外界吸收的热量大于向外界散失的热量（如图4-15-2的SB>SA），将使L的结果偏大还是偏小？
114
篇三：
冰的熔解热的测定实验报告
实验名称测定冰的熔解热
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、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
根据
（1）式有ML+Mc1（T-T0）=（m1c1+m2c2+m3c3）（T1-T）
因Tr=0℃，所以冰的溶解热为：
L?
（m1c1?
m2c2?
m3c3）（T1?
T）?
Tc1M
（2）T1
T1'J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
dQ?
K（Ts?
?
）dt【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】θTT'
【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）
四、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。
五、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
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。
六、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
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）
根据公式计算熔解热以及相对于参考值的百分比误差。
七、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（本文来自：
小草范文网:
冰的熔解热实验报告）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。
八、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。
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