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质量热容(比热容)

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1、科学素养

热学早期,人们没有认识到温度与热量之间的区别,是苏格兰化学家布莱克(Joseph Black,1728-1799年)最早做了区分.约在1757年,布莱克提出将热和温度分别称做“热的分量”和“热的强度”.后来出现了“热容量”和“比热”的概念.这两个概念奠定了热平衡理论的基础.到了18世纪,物理学家们在伽桑狄(Pierre Gassendi ,1592 ~1655年)提出的“热原子”和“冷原子”概念及物体发热是因为“热原子”在起作用学说的基础上发展出了热质说. 热质说的确能解释许多热学现象,包括:热的传递、潜热、比热、打击生热和利用摩擦生热等现象.但是当时有人提出,如果热是物质流体的话,它应该有重量.然而18世纪里有许多实验家企图检测热质的重量,都没有得到肯定的结果.伦福德(Rumford,1753-1814)对热的本质进行过长期的探讨,1799年,他在《哲学杂志》上发表了一篇论文,介绍了自己早年在慕尼黑做过极为精密的实验:用天平称量处于不同温度下的密封在瓶子内的水,结果是其重量相同.伦福德用的天平灵敏度达到1000000分之一,因而他断定,欲发现热对物体的视在重量有任何影响的—切尝试都将是徒劳的.

2、分层次实验教学内容

a)基础内容

1. 了解比热容的概念和混合法测固体比热容的原理; 2. 掌握用混合法测定金属比热容的方法。

b)提升内容

c)进阶内容

d)高阶内容

3、能力培养

温度、质量、时间的测量,热力学量测量误差估算及原因分析。

4、知识点

质量为m的物体,设其温度由初始平衡态时的T初变化到新平衡态时的T末,则其所吸收(或放出)的热量Q为: (4-5-1) 式中的mc称为该物体的热容,可用大写字母C表示,而c称为物体的比热容,它表示1kg物质温度升高(或降低)1K时所吸收(或放出)的热量,单位为J/kg ∙K。本书附录中给出了几种常见固体和液体的比热容。用混合法测定固体比热容利用了热平衡原理。不同温度的物体混合在一起组成孤立体系时,高温物体向低温物体传递热量,它们最终将达到均匀、稳定的平衡温度,这时称系统达到了热平衡。高温物体放出的热量Q1与低温物体吸收的热量Q2相等。本实验中,记量热杯(钢)和搅拌器(钢)的总质量为m1,比热容为c1,蒸馏水的质量为m0,比热容为c0,它们共同的温度为T0,同室温。待测金属的质量为m,比热容为c,加热后温度为T1。将加热后的金属圆柱体放入量热器的量热杯中,温度为T时系统达到热平衡。假设系统与外界没有任何热交换,则实验系统的热平衡方程为: (4-5-2) 则金属柱体的比热容为: (4-5-3)

5、学科关联

热能与动力工程、冶金、材料成型及控制工程、机械工程

6、延伸实验

讨论区

欢迎大家留言讨论! — 乐永康 2019/12/05 13:01
是否可将:“冷却法测定金属比热容”,“绝热膨胀法测定空气的比热容比”等内容加到提升内容中。谢谢!张映辉2020.2.12
张老师,为了让更多老师看到并参与讨论,这样的问题,您也可以在微信群里提出来,只写在这里,看到的老师可能少一些。 — 乐永康 2020/02/13 00:12