水的比汽化热的测量实验改进

柯莎　吴建奇　耿永鹏

摘 要：以银川能源学院基础部热学实验室液体比汽化热测量和导热系数的测定这两套实验仪器为基础，对比汽化热的测量实验仪器进行了简便的改进，并测量了银川能源学院自来水的比汽化热，结果表明实验改进之后的测量值与公认值十分接近，相对误差较小，达到了满意的教学效果。

关键词：水；比汽化热；误差；改进

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.229

1 实验原理及方法

单位质量的液体在温度保持不变的情况下转化为气体时所吸收的热量称为该液体的比汽化热。物质由气态凝结为液态时将释放出在同一条件下汽化所吸收的相同的热量。因而可以通過测量凝结时放出的热量来测量液体汽化时的比汽化热[1]。

液体比汽化热的测量方法一般分为电热法和混合法两类。银川能源学院基础部物理实验中心有热学实验室，该实验室有用混合法测量液体比汽化热的实验仪器。方法是将烧瓶中接近100℃的水蒸汽，通过短的玻璃管加接一段很短的橡皮管（或乳胶管）插入到量热器内杯中。如果水和量热器内杯的初始温度为℃， 而质量为M的水蒸汽进入量热器的水中被凝结成水，当水和量热器内杯温度均衡时，其温度值为℃。如果将系统看成是一个与外界没有热交换的孤立系统，那么，即：

从而

其中，为原先在量热器中水的质量，和铝量热器和铝搅拌器的质量，为水的比汽化热。该公式是不考虑系统与外界热交换产生热量损失时的结论，实验上只要有温差存在，就会有热损失，因而存在系统误差。改进后我们采用抵偿法减小该统误差[2]，使系统从外界吸收的热量和向外界放出的热量能尽可能抵消。

2 实验内容

2.1 集成电路温度传感器AD590的定标

本实验采用AD590型集成电路温度传感器来测量温度，它由多个参数相同的三极管和电阻组成，其线性工作电压：4.5V～20V，它的输出电流I与温度满足如下的线性关系：

式中B称为传感器的灵敏度，约为，即温度升高（或降低），流过传感器的电流就增加（或减小）1，为传感器在摄氏零度时的输出电流，该值与的热力学温度273K相对应。利用上述特性，可以制成各种用途的温度计。实验时，采取测量取样电阻R上的电压求得电流，FD-YBQR主机里与传感器串联的取样阻为[3]。

在制造时每个传感器的B与A不可能完全相同，故实验前，应先对其定标（即确定AD590的B和A）。实际定标时常采用AD590的测温探头与水银温度计对应的方法，同时将其置入冷水、温水、热水等几种不同的环境中，分别记录测温探头与温度计的对应值，最终根据逐差法求B和A。在之前的文章中[2]我们已经分析了使用水银温度计测温的弊端，因此改进后我们决定使用导热系数里的温度传感器来测温定标，并且采用直线拟合的方法来确定B和A（见表1、图1）。

由此可知，，，故。

2.2 水的比汽化热的测量

（1）用物理天平称量热器内杯和搅拌器的质量，分别记为m1和m2，并称量黄色塑料隔热片的质量为m3，令。然后在量热内杯中盛一定量的冰水，称其总质量为，则水的质量。

（2）在烧瓶内加一定量的水并放在电炉上，接通电源使盛水的烧瓶加热，开始加热时将温控电位器顺时针调到底，并移去瓶盖，使低于沸点的水蒸汽从瓶口排出。同时在玻璃管和橡皮管的外边加厚度为2cm左右的泡沫塑料作为保温层，将量热器内杯放入量热器内，盖上量热器盖，插入温度传感器和橡皮管，使它们深入水中约1cm深，并在量热器下边垫木块以缩短通气管的距离，组装好实验仪器等待烧瓶中的水沸腾。

（3）当烧瓶中的水沸腾时调节温控电位器，保证水蒸气输入量热器的速率符合要求，并记录测温仪电压示数，计算出水的初温，及室温与初温的温差。

（4）盖上烧瓶瓶盖，让水蒸汽通入到量热内杯中，同时不断搅拌杯内的水。整个过程中要控制好通汽时间，当量热器中水的末温比室温高停止通汽，这样才可以抵消量热器与外界的热交换。

（5）停止电炉通电，打开瓶塞不再向量热器内杯中通汽，移开量热器继续并搅拌量热杯内的水，读出稳定时测温仪的电压，计算出水的末温。

（6）称量通汽之后的量热杯、搅拌器、隔热片及水的总质量，则水蒸汽的质量为，并计算出水的比汽化热L。

由表3的数据可以看出，在通气管的外边加保温层并缩短通气管的距离、同时采用抵偿法等措施，可以很好的消除误差，测量值与公认值非常接近，相对误差很小，达到了满意的效果。另外，在实验的过程中，最关键的环节是要控制好通汽后末态的温度，使通汽后水的末温比室温高约，整个通汽过程时间不宜过长，大概1分钟左右为宜。

3 小结

本文对温度传感器AD590进行了定标，定标时采用导热系数里的传感器来测温度，与之前的水银温度计相比，有许多优点——测量过程方便快捷，测量数据准确等，同时利用excel对数据进行直线拟合，找到A和B的数值，相对于之前的逐差法处理数据而言，直线拟合更加准确。在测水的比汽化热的过程中，我们主要从两个方面来减小误差——采用抵偿法、加保温层并力图缩短橡皮管的距离。最终测得的数据比较好，与公认值的相对偏差小于3%，提高了教学效果，为以后的实验教学坚定了良好的基础。

参考文献：

[1]陈骏逸，陆申龙.水的比汽化热测量装置的改进[J].大学物理，2004，23（01）.

[2]柯莎，刘正强等.水的比汽化热的测量误差分析[J].山东工业技术，2017（10）.

[3]水的比汽化热的测量实验设计[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2013，13（02）.

基金项目：银川能源学院“本科教学工程”大学生创新创业训练计划项目（2015-DCX-X-01）

作者简介：柯莎（1985-），女，陕西汉中人，硕士，主要从事大学物理教学方面的工作和相关研究。endprint