量热器用于测定热量并用以测量比热、潜热和化学反应热的仪器。最普通的结构是把一个金属杯放在另一有盖的大杯中,并插入搅拌器和温度计。两杯并不直接接触,夹层中充满不传热的物质(一般用空气),使热量不致散失或传入。内杯中放一定量的水,使它同投入的已知温度和质量的待测物体进行热交换,用搅拌器使温度迅速均匀,测量水在待测物体投入前后的温度差,就可以确定所传递的热量,并由此推算比热、潜热或化学反应热等量值。这种方法称为“混合法”。研究化学反应用的量热器,有定容和定压的两种。[1]
测量低温下的热容,一般采用绝热量热法。这种方法需要有一定的热隔离,其隔离的程度必须满足温度测量、温度控制以及致冷剂使用的有效时间等。一般来说,量热器的热漏是影响量热器准确度最大的一项误差。因此设计量热器时对绝热程度的估计是一个关键问题。解决量热器恒温器的热漏问题有两种办法:(1)减小在量热器及其周围之间的传热系数;(2)减小量热器及其周围之间的温差。
传热对量热器恒温器的影响主要有三个方面:(1)传导;(2)对流;(3)辐射。量热器恒温器的周围空间抽成高真空,可以大大减少由于剩余气体传导和对流引起的热漏。因此,热漏主要来自量热器恒温器构件的热传导和辐射热。此外还有电路引线的焦耳热、机械振动,气体的吸附和退吸附等因素。[2]
比热是物质的基本特性之一,测定物质的比热,常用的方法是用混合法。在用混合法测物质的比热时,为了减小实验误差,避免物体放出的热量传递给另外的物体,就要用到量热器。
量热器由两个铝筒(也有的是铜质的)和小木架组成。木架放在大筒内,小筒放在木架上。木架的作用是使小筒(即内筒)和大筒(即外筒)隔开。这样,由于大、小筒之间充满空气,就防止了小筒与大筒之间的热量传递(图1)。外筒口上配有一个木盖,盖上有两个小孔,一个小孔里插温度计,一个小孔里插有搅动器。
(1)利用量热器测定物质的比热时,要先 用天平称出量热器和搅拌器的质量。这是因为水和投进的物体混合时,内筒也要吸收热量。在精确的实验中,必需考虑这部分热量。 量热器的组成部分
(2)向内筒内灌水。水的多少要能浸没金属块。
(3)用天平称量出内筒、搅拌器和水的质量,计算出水的质量。
(4)然后,将内筒放入到大筒内的木架上。
(5)用天平称量出金属块的质量。然后将其用棉线拴住,手提棉线将金属块全部浸入盛热水的烧杯中,用酒精灯将热水烧到沸腾,使金属块跟沸水具有相同的温度。
(6)用温度计测出内筒中水的初始温度。
(7)手提棉线,将金属块提出,迅速放到量热器内筒里,立即加盖、搅拌。同时,将温度计插入到上盖的孔中测筒内水温的变化。待水温不再上升时,记下最高温度。这就是混合后的共同温度。