量熱器

量熱器用於測定熱量並用以測量比熱、潛熱和化學反應熱的儀器。最普通的結構是把一個金屬杯放在另一有蓋的大杯中，並插入攪拌器和溫度計。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，使它同投入的已知溫度和質量的待測物體進行熱交換，用攪拌器使溫度迅速均勻，測量水在待測物體投入前後的溫度差，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。

測量低溫下的熱容，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溫度測量、溫度控制以及致冷劑使用的有效時間等。一般來說，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。解決置熱器恆溫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溫差。

傳熱對量熱器恆溫器的影響主要有三個方面：(1)傳導；(2)對流；(3)輻射。量熱器恆溫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溫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。

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，一個小孔里插溫度計，一個小孔里插有攪動器。

(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溫度。

(6)用溫度計測出內筒中水的初始溫度。

(7)手提棉線，將金屬塊提出，迅速放到量熱器內筒里，立即加蓋、攪拌。同時，將溫度計插入到上蓋的孔中測筒內水溫的變化。待水溫不再上升時，記下最高溫度。這就是混合后的共同溫度。

(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。

在了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溫度和混合后的溫度時產生誤差；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)測水的初始溫度，要在放進銅塊前幾秒鐘進行，而在測銅塊的初始溫度時，一定要在沸水中加熱數分鐘后才能取出，時間過短銅塊內外的溫度可能不一致，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溫度時，需將銅塊迅速投進小筒中的水裡，把木蓋蓋好，用攪動器攪動，讀取最高溫度，即為混合后的溫度。

(3)為了減少量熱器熱量向周圍空氣的散失，混合溫度不要超過室溫過多。