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量熱器

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它是一種測量熱量等的儀器,亦稱“卡計”。用於測量體系在變化過程(物理的和化學的)中的熱量變化(熱效應)的儀器。例如物質的比熱、酸鹼的中和熱、燃料的燃燒熱、食物的燃燒值等。
中文名
量熱器
外文名
calorimeter
構    造
恆温器、攪動器、温度計等
影響因素
傳導、對流、輻射
設計原理
絕熱量熱法
相關用途
測量金屬比熱

量熱器產品簡介

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量熱器用於測定熱量並用以測量比熱、潛熱化學反應熱的儀器。最普通的結構是把一個金屬杯放在另一有蓋的大杯中,並插入攪拌器和温度計。兩杯並不直接接觸,夾層中充滿不傳熱的物質(一般用空氣),使熱量不致散失或傳入。內杯中放一定量的水,使它同投入的已知温度和質量的待測物體進行熱交換,用攪拌器使温度迅速均勻,測量水在待測物體投入前後的温度差,就可以確定所傳遞的熱量,並由此推算比熱、潛熱或化學反應熱等量值。這種方法稱為“混合法”。研究化學反應用的量熱器,有定容和定壓的兩種。 [1] 

量熱器設計原理

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測量低温下的熱容,一般採用絕熱量熱法。這種方法需要有一定的熱隔離,其隔離的程度必須滿足温度測量、温度控制以及致冷劑使用的有效時間等。一般來説,量熱器的熱漏是影響量熱器準確度最大的一項誤差。因此設計量熱器時對絕熱程度的估計是一個關鍵問題。解決置熱器恆温器的熱漏問題有兩種辦法:(1)減小在量熱器及其周圍之間的傳熱係數;(2)減小量熱器及其周圍之間的温差。
傳熱對量熱器恆温器的影響主要有三個方面:(1)傳導;(2)對流;(3)輻射。量熱器恆温器的周圍空間抽成高真空,可以大大減少由於剩餘氣體傳導和對流引起的熱漏。因此,熱漏主要來自量熱器恆温器構件的熱傳導和輻射熱。此外還有電路引線的焦耳熱、機械振動,氣體的吸附和退吸附等因素。 [2] 

量熱器量熱器的構造

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比熱是物質的基本特性之一,測定物質的比熱,常用的方法是用混合法。在用混合法測物質的比熱時,為了減小實驗誤差,避免物體放出的熱量傳遞給另外的物體,就要用到量熱器。
量熱器由兩個鋁筒(也有的是銅質的)和小木架組成。木架放在大筒內,小筒放在木架上。木架的作用是使小筒(即內筒)和大筒(即外筒)隔開。這樣,由於大、小筒之間充滿空氣,就防止了小筒與大筒之間的熱量傳遞(圖1)。外筒口上配有一個木蓋,蓋上有兩個小孔,一個小孔裏插温度計,一個小孔裏插有攪動器。

量熱器使用方法

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(1)利用量熱器測定物質的比熱時,要先 用天平稱出量熱器和攪拌器的質量。這是因為
量熱器的組成部分 量熱器的組成部分
水和投進的物體混合時,內筒也要吸收熱量。在精確的實驗中,必需考慮這部分熱量。
(2)向內筒內灌水。水的多少要能浸沒金屬塊。
(3)用天平稱量出內筒、攪拌器和水的質量,計算出水的質量。
(4)然後,將內筒放入到大筒內的木架上。
(5)用天平稱量出金屬塊的質量。然後將其用棉線拴住,手提棉線將金屬塊全部浸入盛熱水的燒杯中,用酒精燈將熱水燒到沸騰,使金屬塊跟沸水具有相同的温度。
(6)用温度計測出內筒中水的初始温度。
(7)手提棉線,將金屬塊提出,迅速放到量熱器內筒裏,立即加蓋、攪拌。同時,將温度計插入到上蓋的孔中測筒內水温的變化。待水温不再上升時,記下最高温度。這就是混合後的共同温度。
(8)利用測得的數據,根據熱平衡方程,就可以算出金屬塊的比熱。 [3] 

量熱器測金屬比熱

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在瞭解產生誤差的各種因素的基礎上,應採取適當的措施。整個實驗產生的誤差,可以有這樣三個方面:一是在稱量水和銅塊的質量時產生誤差;二是在測量水和銅塊的初温度和混合後的温度時產生誤差;三是在測量過程中熱量的損失或吸收產生誤差。
針對以上誤差產生的原因,我們應該注意以下幾點:
(1)為了減少用天平測銅塊和水質量時產生的系統誤差,應在稱量前對天平作校準;
(2)測水的初始温度,要在放進銅塊前幾秒鐘進行,而在測銅塊的初始温度時,一定要在沸水中加熱數分鐘後才能取出,時間過短銅塊內外的温度可能不一致,就會引起誤差。若採用鋼片或銅絲(繞成圈)做實驗,則可減少加熱時間。在測銅塊和水的混合温度時,需將銅塊迅速投進小筒中的水裏,把木蓋蓋好,用攪動器攪動,讀取最高温度,即為混合後的温度。
(3)為了減少量熱器熱量向周圍空氣的散失,混合温度不要超過室温過多。 [3] 
參考資料
  • 1.    辭海編輯委員會.辭海 理科分冊 上:上海辭書出版社,1978:128
  • 2.    蔡明忠.低温測温和量熱技術:機械工業出版社,1984:107
  • 3.    火樹安.初三物理演示實驗:上海教育出版社,1987:53-55