【絕熱法金屬比熱測量實驗儀】
功能作用介紹:
比熱是物質非常重要的一個物理參量,比熱的測量幾十年來為物理學各個領域的發展起到了重要的作用,尤其在物質相變的研究中更是扮演了重要的角色,例如超導相變和超導BCS理論、液氦的λ相變、磁有序—無序相變、鐵電相變等??梢姳葻釡y量在科學研究中的地位。正是如此,本科教學中比熱測量實驗是極其重要的一個大學物理實驗項目。但比熱測量的難點漏熱和熱平衡問題,所以除低溫比熱或精密測量需求外,基礎物理實驗教學中的金屬比熱測量大多采用混合法或冷卻法,裝置簡單易于實現,但操作復雜、理解困難,在教學中發現不少非物理專業學生僅局限于數據記錄和處理,概念不清,現象無法解釋,更不用說分析和解決問題了。所以研制一套更適合本科基礎物理實驗教學的金屬比熱測量實驗項目具有重要意義。
本實驗儀從物質比熱的定義出發,基于絕熱技術,通過測量樣品吸收的熱量和溫度變化,考慮樣品質量后直接獲得金屬樣品的比熱,可替代目前基礎物理實驗教學中普遍采用的冷卻法和混合法。教學中我們知道冷卻法和混合法不僅誤差大,而且要獲得某樣品的比熱必須知道某參考樣品(或混合法中液體)的比熱,屬于相對法,況且冷卻法依據的冷卻規律教師要講解清楚學生需要具備相應的熱學基礎,這對當前國內高校面上的學生是有難度的。而絕熱法,概念清晰,學生很容易理解和接受,且測量誤差小,在上海大學3年的教學實踐中,師生反映良好,已編入教材《大學基礎物理實驗》(朱紅妹,張義邴,張金倉,高等教育出版社,2012年)并應用于大學物理實驗教學中。
裝置由上海大學物理實驗中心教師經多年實驗教學探索后提出并于2011年研制完成,教學上講解簡單,概念清晰,學生很容易接受,而且樣品更換方便,操作性強,真空法蘭專設有大口徑石英玻璃,學生可觀察量熱器內部結構,利于學生觀察學習。整個測量裝置包含樣品室(恒溫器)、主機箱和真空系統,真空系統由真空泵、真空規和真空測量儀表組成,主機箱可提供樣品加熱電源,測量加熱電流、加熱電壓、加熱時間和溫度。熱量由加熱恒流源通過合金電阻片提供,溫度由鉑金屬薄膜電阻溫度計測量。相比混合法或冷卻法比熱測量,本實驗更突出比熱基本概念的理解和綜合能力的培養,適應包含非物理專業學生在內的比熱測量實驗教學。
本裝置可測量金屬材料(如銅、銀、鋁、鐵等)在室溫到100℃附近的固體比熱,與相應工程材料公認值比較測量相對偏差小于10%。
作品名稱:絕熱法金屬比熱測量實驗儀
完成單位:上海大學/物理實驗中心