彭一珅

【中图分类号】O551.1 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）02-0167-01

一、比热容简介

1.比热容的概念及公式：比热容（Specific Heat Capacity，符号c）是热力学中常用的一个物理量，表示物体吸热或散热能力，即单位质量的某物质升高或下降1°C吸收或放出的热量。其公式表示为c=Q/m·△t；Q为吸收（或放出）的热量，m是物体的质量，△t是吸热（或放热）后温度上升（或下降）的值。物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比热容三种。比热容越大，物体的吸热或散热能力越强。

2.比热容微观解释：比热是指物体升高一定温度所需的热量（能量），而表征一个物体温度的是组成物体的粒子运动的激烈程度。单个粒子具有的运动速率在一定程度的表现了物体的温度，而影响这些粒子速率改变的因素就是影响物体比热的因素。

二、测量比热容的意义

比热容是初中物理的一个重要概念，在实际应用中，比如做传热、换热计算的话，密度、粘度、比热、导热、热扩散系数等都是基础物性，是进行相关计算的必须数据。

三、常用方法及原理分析

比热测量方法包括：差热分析法（DTA）、差示扫描量热法（DSC）、绝热量热法、电脉冲加热法、流动型量热法等。其中流动型量热法是专门测量流体比热的方法，现对其原理简要介绍：

若稳定地流经量热器管内的流体质量m，流体从加热器吸收的功率为Q，量热器进出口的温度分别为T1和T2，流体的压力为p，温度为T2状态下流出量热器，根据热力学定义有Cp（T，p）=（？啄Q/dT）p/m，因（？啄Q/dT）p/m无法直接测量，实际中温度T，压力p状态下定压比热容可表示为：

Cp（T，p）=Q/m（T2-T1）

式中温度T=（T1+T2）/2；p为量热出口处的压力。

流动型比热计测试原理图

四、新型流体比热容测量装置设计原理

1.常规设计思路：依照公式c=Q/m·△t

将每个物理量都测量计算出来，△t为温度变化量，需要温度计测量初末温度做差求出，热量Q根据电热公式Q=UIt分别测出该过程的电压、电流和加热时间，带入公式计算出比热容。

加热装置电路图

2.操作步骤：用胶头滴管配合高精度电子秤，称量出特定质量待测流体放入加热器中。通过如上电路，电热丝加热瞬间开始计时，读出加热过程的初末温，计算出温度变化量△t，记录该过程电流表和电压表相应示数，将以上数据代入公式计算出该流体比热容。

评估：该方法利用电热丝加热，产热Q方便计算，可操作性强。缺点是需要观测物理量多（m、I、U、T0、t），热损耗严重，误差较大。

3.针对可操作性做如下改进：为了更简洁高效地测量物质比热容，可以利用常压纯水比热容作为基准，保持水和待测液体质量相等，同样环境和加热时间相同。推导如下：

加热器为阻值不变的电热丝，使得质量相同的水和待测液体在相同情况下同时加热，在加热器所在的电路中连入开关，闭合20min后自动断开，以控制加热时间相同，再在电路中串联一个小灯泡，电路中有电流使小灯泡发光，以表示电热丝工作。用温度计在加热前量出水和待测液体的初始温度，加热后分别测量水和待测液体末温度，作差求出水的升高温度△T，待测液体升高温度△T'，利用常量水的比热容c=4182J（kg·°C）/带入公式得出结果。

4.实用性分析及优化：这种方法优点是公式简洁，可操作性强，利用比例的方法简化了读数和运算，但是和电学联系不大，计时自动断开的开关不易获得。考虑到使用价值，我们进一步优化具体如下：

测量工具：电子秤、两个烧杯、该比热容计（包括加热器的电路）、温度计、待测液体、水。

测量方法：在电子秤上称出0.5kg水、0.5kg待测液体，用温度计测量液体初始温度后将液体放入用电热丝和泡沫组成的加热器中，闭合开关同时进行加热，20min后开关自动断开，迅速用温度计测出两种液体的末温度，则可求出待测液体比热容。

为了测量某液体比热容，可以先测量出0.5kg的水在20min内加热升高的温度，再用同样的加热器加热0.5kg的待测液体20min，用温度计量出升高温度，此时待测液体比热容即为c'=·c即水升高温度和水比热容与待测液体升高温度的比值，这里水的比热容和待测液体升高温度都是已知量，待测液体升高温度是测量得出的量，收集出0.5kg即500ml蒸馏水后，对水进行加热，经测算，我们知道水的比热容和0.5kg水在20min内由该种电热丝加热的升高温度之乘积为8364J/kg，由此减少了测量量和计算量，精确了实验结果，从而使测量的精確性在原计划的基础上有了进一步提高。

此时所需的装置简化为0.5kg待测液体、加热器（包括容器、加热电路）、温度计。

用温度计测量液体初始温度后将液体放入用电热丝和保温泡沫层组成的加热器中，闭合开关进行加热，20min后开关自动断开，迅速用温度计测出液体的末温度，则可求出待测液体比热容。endprint