引言：〔1〕根據(jù)熱平衡原理,用混合法測(cè)定固體的比熱容是測(cè)量熱容常用方法,以往的實(shí)驗(yàn)方法雖有定的性,但也有不善之處,例如:加熱裝置與測(cè)混合體溫度裝置分離,當(dāng)把溫物體取出后投入到量熱筒的過(guò)程中,然會(huì)向周圍空間散失熱量,這分的偏差只能靠縮短操作時(shí)間來(lái)彌補(bǔ);插入量熱筒中的水銀溫度計(jì)在示溫度的同時(shí)也要吸收熱量;同時(shí)還要考慮到量熱筒和攪拌裝置吸收的熱量;另外當(dāng)物體投入到量熱筒時(shí)少量水的飛濺引起總質(zhì)量的減少;加上實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境和溫度、實(shí)驗(yàn)中的操作和讀取數(shù)據(jù)等原因,都會(huì)帶來(lái)定的誤差.
摘要：此實(shí)驗(yàn)時(shí)在理想條件下行的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際的過(guò)程中是不可能達(dá)到的，因?yàn)槭遣豢赡苓_(dá)到系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱量交換的。因此，我們只能對(duì)實(shí)驗(yàn)行步的改善，而不能達(dá)到?jīng)]有熱量散失的理想狀態(tài)，本文就主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的誤差行了分析，并歸納出了誤差的些來(lái)源。并對(duì)此實(shí)驗(yàn)行定的改
實(shí)驗(yàn)原理
溫度不同的物體混合后，熱量將由溫物體傳給低溫物體，如果在混合過(guò)程中和外界沒(méi)有熱交換，zui后將達(dá)到均勻穩(wěn)定的平衡的溫度，在這過(guò)程中溫物體放出的熱量等于低溫物體所吸收的熱量，此稱為熱平衡原理。本實(shí)驗(yàn)即根據(jù)熱平衡原理用混合法測(cè)定固體的比熱。
將質(zhì)量為m、溫度為t2的金屬塊投入量熱器的水中，設(shè)量熱器（包括攪拌器和溫度計(jì)插入水中分）的熱容量為c，其中水的質(zhì)量為m0，比熱為c0，待測(cè)物體投入水中之前的水溫為t1，在待測(cè)物投入水中以后，其混合溫度為t，則在不計(jì)量熱器與外界的熱交換的情況下，將有：
（1）即 其中(1)中的C是量熱器的熱容，可根據(jù)其質(zhì)量和比熱容算出，設(shè)量熱筒和攪拌器由相同的物質(zhì)組成，其質(zhì)量：量熱器的q可以根據(jù)其質(zhì)量和比熱容算出。設(shè)量熱器筒和攪拌器由相同的物質(zhì)（鋁）制成，其質(zhì)量為m1，比熱容為c1，溫度計(jì)插入水中分的體積為V，則
（2）
為溫度計(jì)插入水中分的熱容，但V的單位為cm3。也
所以：C=m c +c
=166.1 +1.9
=1.52 ( )
以上討論是在假定量熱器與外界沒(méi)有熱交換時(shí)的結(jié)論，實(shí)際上只要有溫度差異就然會(huì)有熱交換存在，因此，考慮如何防止或行修正熱散失的影響，熱散失的途徑主要有以下幾點(diǎn)。
1.在將物體投放到量熱器中的時(shí)候，量熱器中的熱量有散失，因此，我們應(yīng)盡量縮短投放時(shí)間。
2.防止量熱器的外有水附著在上面，因?yàn)樗恼舭l(fā)會(huì)損失定的熱量，實(shí)驗(yàn)時(shí)要用干毛巾將量熱器內(nèi)筒的外壁擦干。
3.在投入待測(cè)物之后，再混合過(guò)程中量熱器與外有熱交換，在本實(shí)驗(yàn)中由于測(cè)量的是導(dǎo)熱良好的金屬塊，從投入物體到系統(tǒng)達(dá)到個(gè)穩(wěn)定的混合溫度所需時(shí)間是很短的。所以可以采用熱量出入相互抵消的方法消除系統(tǒng)的影響，即控制量熱器的初溫，使初溫在室溫以下，混合以后的末溫在室溫以上。
因此采用作圖的方法行對(duì)熱量的修正。
五．?dāng)?shù)據(jù)
表＜＞
時(shí)間T（min） 0 1 2 3 4 5
溫度t（ ）
20.02 20.05 20.15 20.31 20.45 20.51
表＜二＞
時(shí)間（min） 5 t c
溫度（ ）
24.70 27.11 28.13 28.60
3 表＜三＞
時(shí)間（min） 6 7 8 9 10 11 12
溫度（ ）
28.55 28.45 28.14 28.07 27.97 27.89 27.55
表<四>
金屬的質(zhì)量（g） 352.4 金屬塊的溫度（ ）
58.3
量熱器熱容（ ）
1.52
水的質(zhì)量（g） 89.5
水的比熱容（ ）
4.187
放入物之前水溫（ ）
20.70
混合溫度（ ）
28.70 熱筒攪拌器質(zhì)量 166.1
熱筒攪拌器比熱 9.04
溫度計(jì)的體積(mL) 1.10
根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以計(jì)算出金屬的比熱；
=（89.5 +1.52 ）（28.70-20.70） 352.4 （58.30-28.70）
=4.27 （ ）
標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算；
U（m）= =0.058（g） U（ )= =0. 058（g）
U(m )= =0.058（g） U(t )= =0.577（ ）
U(t )= =0.058（ ） U( )= =0.058（ ）
所以金屬的彌補(bǔ)確定度為：U=2.684（ ）
所以金屬的比熱容就為：C=4.27 +2.684（ ）
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知實(shí)驗(yàn)中存在著很大的誤差。但這些誤差且是不可避免的，我們只能減小誤差和減少些誤差的來(lái)源。并且在量熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中，由于無(wú)法避免系統(tǒng)與外界的熱交換，實(shí)驗(yàn)結(jié)果總是存在系統(tǒng)誤差，有時(shí)甚至很大，以至無(wú)法得到正確結(jié)果。所以，校正系統(tǒng)誤差是量熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中很突出的問(wèn)題。為此可采取如下措施：
（1） 要盡量減少與外界的熱量交換，使系統(tǒng)近似孤立體系。此外，量熱器不要放在電爐旁和太陽(yáng)光下，實(shí)驗(yàn)也不要在空氣通太快的地方行。
（2） 采取補(bǔ)償措施，就是在被測(cè)物體放入量熱器之前，使量熱器與水的初始溫度低于室溫，但避免在量熱器外生成凝結(jié)水滴。估算，使初始溫度與室溫的溫差與混合后末溫出室溫的溫度大體相等。這樣混和前量熱器從外界吸熱與混合后向外界放熱大體相等，大地降低了系統(tǒng)誤差。
（3） 縮短操作時(shí)間，將被測(cè)物體從沸水中取出，然后倒入量熱器筒中并蓋好的整個(gè)過(guò)程，動(dòng)作要快而不亂，減少熱量的損失。
（4） 嚴(yán)防有水附著在量熱筒外面，以免水蒸發(fā)時(shí)帶走過(guò)多的熱量。水不能太少以致不能浸沒(méi)金屬。
（5） 不要讓手或身體接近量熱筒，以免影響系統(tǒng)的溫度。
（6） 量熱筒中溫度計(jì)的位置要適中，不要讓他靠近低溫物體，因?yàn)槲椿旌虾玫木譁囟瓤赡芑睾艿?，不能代表整個(gè)系統(tǒng)的溫度。
在采取以上措施后，散熱的影響仍難以避免。被測(cè)物體放入量熱器后，水溫達(dá)到zui溫度前，整個(gè)系統(tǒng)還會(huì)向外散熱。所以理論上的末溫是無(wú)法得到的。這就需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法行修正：在被測(cè)物體放入量熱器前4~5min就開(kāi)始測(cè)讀量熱器中水的溫度，每隔1min讀次。當(dāng)被測(cè)物體放入后，溫度迅速上升，此時(shí)應(yīng)每隔0.5min測(cè)讀次。直到升溫停止后，溫度由zui溫度均勻下降時(shí)，恢復(fù)每分鐘記次溫度，直到12min截止。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出溫度和時(shí)間的關(guān)系T-t曲線
為了推出式（2）中的初溫T1和末溫T2，在圖5.3.3-1中，對(duì)應(yīng)于室溫T室曲線上之G點(diǎn)作垂直于橫軸的直線。然后將曲線上升分AB及下降分CD延長(zhǎng)，與此垂線分別相交于E點(diǎn)和F點(diǎn)，這兩個(gè)交點(diǎn)的溫度坐標(biāo)可看成是理想情況下的T1和T2，即相當(dāng)于熱交換無(wú)限快時(shí)水的初溫與末溫。在圖中，吸熱用面積BGE表示，散熱用面積CGF表示，當(dāng)兩面積相等時(shí)，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)環(huán)境的吸熱與放熱相消。否則，實(shí)驗(yàn)將受環(huán)境影響。實(shí)驗(yàn)中，力求兩面積相等
附記：溫度計(jì)插入水中分的熱容可如下求出。已知水銀的密度為 ，比熱容為 ，其1 的熱容為 。而制溫度計(jì)的耶那玻璃的密度為 ，比熱容為 ，其1 的熱容為 ，它和水銀的很相近，因?yàn)闇囟扔?jì)插入水中分的體積不大，其熱容在測(cè)量中占次要地位，因此可認(rèn)為它們1 的熱容是相同的。溫度計(jì)插入水中分的體積為V( )，則該分的熱容可取為1.9V(J.℃-1)。V可用盛水的小量筒去測(cè)量。
