本發(fā)明涉及一種大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器，尤其指一種氣液固體通用的比熱容實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
物質(zhì)的比熱容測量是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在現(xiàn)有技術(shù)中的該類實(shí)驗(yàn)儀器，氣體、固體、液體比熱容的測量要采用不同的測量儀器和方法。比如：固體比熱容的測量采用混合法，溫度不同的物體接觸之后，熱量將由高溫物體傳給低溫物體。如果在接觸過程中與外界沒有熱交換，最后將達(dá)到均勻穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)具有相同的溫度。在這個(gè)過程中，高溫物體放出的熱量等于低溫物體所吸收的熱量，然后基于這個(gè)原理推導(dǎo)出計(jì)算公式，這稱為熱平衡原理測量法。液體比熱的測定，常用電流量熱器法。這種方法要求對水和待測液體進(jìn)行測量時(shí)具有完全相同的外界條件（環(huán)境），并且是以比熱已知的水作為比較對象，它運(yùn)用了物理實(shí)驗(yàn)中常用的比較測量法。這兩種方法各有其特點(diǎn)，但是測量的物質(zhì)具有局限性，使用的實(shí)驗(yàn)儀器不同，某種儀器對固體和液體或氣體不通用。正因?yàn)樯鲜鲈?，測量氣體、液體、固體的比熱容要分別購買不同的儀器才行，這就增加了購置實(shí)驗(yàn)儀器的費(fèi)用，多個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器占用的實(shí)驗(yàn)室空間也大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種即可測量固體的比熱容、又可測量液體或氣體的比熱容、并且使用方便的氣液固體通用的比熱容實(shí)驗(yàn)儀。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包含主機(jī)1，保溫箱11內(nèi)帶有電熱器7、風(fēng)扇8、溫度傳感器13，電熱器7與加熱電源輸出插口6電連接，風(fēng)扇8與主機(jī)1電連接，保溫箱11內(nèi)帶有支架9，支架9上放待測物質(zhì)10，保溫箱11上帶有門12。為了使得保溫箱11內(nèi)的熱傳遞良好，電熱器7和風(fēng)扇8都安裝在支架9的下方。
為了調(diào)節(jié)電熱器7的加熱功率和監(jiān)測保溫箱11內(nèi)的溫度，在主機(jī)1上還帶有加熱功率調(diào)節(jié)旋鈕5、溫度計(jì)4、電流表3、電壓表2，溫度計(jì)4與溫度傳感器13電連接。
為了可以測量氣體的比熱容，保溫箱（11）內(nèi)還帶有可壓縮封口的容器。
本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明另辟蹊徑，提出了一種新的物質(zhì)比熱的測量方法和儀器結(jié)構(gòu)，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力。本發(fā)明既可測量固體的比熱、也可測量液體和氣體的比熱，一機(jī)多用，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一種使用方便的實(shí)驗(yàn)儀器，省去了分別購買多種儀器的麻煩和減少了費(fèi)用支出。本發(fā)明還可以測量生物組織（比如土豆、糧食、肉類等等）的比熱容，為生物物理甚至醫(yī)學(xué)研究提供了一種檢測手段。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記：1.主機(jī)；2.電壓表；3.電流表；4.溫度計(jì)；5.加熱功率調(diào)節(jié)旋鈕；6.加熱電源輸出插口；7.電熱器；8.風(fēng)扇；9.支架；10.待測物質(zhì)；11.保溫箱；12.門；13.溫度傳感器。
具體實(shí)施方式
在圖1中，主機(jī)1內(nèi)部包含給電熱器7提供電加熱用的大功率可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，還包括給風(fēng)扇8提供電源的風(fēng)扇電源，還包括給溫度計(jì)4提供直流電的穩(wěn)壓電源。大功率可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)電位器上的旋鈕安裝在主機(jī)1的面板上，構(gòu)成了加熱功率調(diào)節(jié)旋鈕5。保溫箱11內(nèi)帶有電熱器7、風(fēng)扇8、溫度傳感器1。電熱器7與加熱電源輸出插口6電連接，風(fēng)扇8與主機(jī)1電連接。保溫箱11內(nèi)帶有支架9，支架9上放有待測物質(zhì)10。保溫箱11上帶有門12。
為了調(diào)節(jié)電熱器7的加熱功率，在主機(jī)1的面板上還安裝加熱功率調(diào)節(jié)旋鈕5。主機(jī)1的面板上還帶有溫度計(jì)4、電流表3、電壓表2。溫度計(jì)4與溫度傳感器13電連接。其中電流表3、電壓表2是接入大功率可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路的，用于檢測提供給電熱器7的電流、電壓數(shù)值。溫度計(jì)4則用來檢測保溫箱11內(nèi)的溫度。主機(jī)1的供電電源由220v市電通過電源插頭提供。
如果要測量液體的比熱容，可用一個(gè)杯子，把待測液體倒入該容器內(nèi)來測量，并且該杯子對所盛液體的比熱容測量結(jié)果的影響，也可通過后面敘述的方法（也即把空杯子先放入保溫箱11內(nèi)，測量不加待測液體情況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，此時(shí)該空杯子就成了保溫箱11內(nèi)的各種吸熱物體的其中一個(gè)了）排除它的影響。如果要測量生物組織比如土豆之類的體積大的物體，由于生物組織導(dǎo)熱率相對于金屬而言低很多，因此，應(yīng)把生物組織切成片狀，再片和片之間有間隔地放入保溫箱11內(nèi)的支架9上。
本發(fā)明還可用來測量壓縮氣體的比熱容。方法是選擇的容器為可壓縮封口的容器，把待測氣體充入該容器內(nèi)就可測量該氣體的比熱容。在可壓縮封口的容器的瓶口處安裝三通閥，三通閥分別接氣壓表、瓶口、待測氣體源，當(dāng)瓶內(nèi)氣壓符合要求后關(guān)閉瓶口處的閥門，取下氣壓表和氣體源就可把氣瓶放入保溫箱11內(nèi)進(jìn)行測量。
風(fēng)扇8可采用電子儀器內(nèi)部散熱常用的小12v直流風(fēng)扇，但是要適當(dāng)降低電壓以降低其轉(zhuǎn)速。支架9可用網(wǎng)狀的金屬制成并且擱置在保溫箱11內(nèi)壁下側(cè)的凸起支架撐上。電熱器7和風(fēng)扇8都安裝在支架9的下方以使得保溫箱11內(nèi)的熱傳遞良好。保溫箱11中的保溫材料可用現(xiàn)有技術(shù)中的聚氨酯發(fā)泡塑料制作。
為了防止溫升過高而損壞保溫箱11，電熱器7在保溫箱11內(nèi)的電路中還串聯(lián)一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中的雙金屬片結(jié)構(gòu)的55-65度溫度自動斷路式保護(hù)開關(guān)，當(dāng)溫度超過55-65攝氏度會自動斷電，低于55-65度自動接通。
測量物質(zhì)比熱容的方法是：在隔熱性能好的保溫箱內(nèi)，安裝一個(gè)電加熱器。在不放被測物質(zhì)和放入被測物質(zhì)的前后兩次測量過程中，前后兩次測量在保溫箱內(nèi)電加熱功率不變、保溫箱內(nèi)溫差不變的前提下，測量保溫箱不放待測物質(zhì)時(shí)升高一定溫差時(shí)消耗的電加熱電功，再測量保溫箱內(nèi)放入待測物質(zhì)后，升高同樣的溫差消耗的電功將升高，前后兩次消耗的電功之差就是放入待測物體的吸熱引起的（前后兩次消耗的電功之差的公式推導(dǎo)過程中，消除了整個(gè)保溫箱內(nèi)所有物質(zhì)的吸熱對待測物質(zhì)比熱容測量的影響，也即去除了保溫箱內(nèi)壁、保溫箱內(nèi)空氣、杯子、電熱絲等所造成的影響），再測出待測物體的質(zhì)量，就可計(jì)算出待測物體的比熱。測量電加熱電功用的計(jì)時(shí)器，可外配秒表用于計(jì)時(shí)，也可在主機(jī)1的面板上安裝計(jì)時(shí)器。
利用物理學(xué)中比熱容的基本計(jì)算公式和能量守恒定律，可推出適用與本發(fā)明的待測物質(zhì)的比熱容c的計(jì)算公式：c=iuδt/mδt，其中i、u分別為電熱器7的工作電流和電壓，δt為電加熱時(shí)間，δt為保溫箱11內(nèi)升高的溫度（要求保溫箱11內(nèi)不放入或放入待測物質(zhì)10這兩種情況下，δt要保持不變），m為待測物質(zhì)的質(zhì)量，可用天平測出。公式中的/號左面全為分子，/號右面全為分母。
由上述可見，本發(fā)明既可測量固體的比熱容、又可測量液體和氣體的比熱容，還可測量各類生物體組織，一機(jī)多用。