热的导体不仅有热的良导体,还有热的不良导体,这是目前科学界已知的,而今天我要介绍第三种热的导体——处于热的良导体和热的不良导体相互转换的导体。我把它叫做介热导体,也叫介热定律。并且通过数据研究和分析,水(自来水、沸水、蒸馏水)具有介热定律。
目前,气体与固体的导热机理已经为科学界所公认,但是液体的导热机理还存在很大的争议,因此,本实验将以研究水(自来水、沸水、蒸馏水)为例子,揭秘液体导热机理以及介热定律。
本实验涉及热力学第一定律公式,即△U=W+Q.
1.实验器材:
①仪器:两个铁架台及其组件;红管温度计若干支;红外测温仪;酒精灯(单线);试管若干支;手机;打火机;烧杯。
(备注:不可用电子温度计测量,因为温度计存在热惯性,因此不宜用温度计,但勉强可用热胀冷缩的温度计)
②材料:自来水、沸水、蒸馏水、医用酒精浓度95%左右。
2.实验方法及其步骤(实验数据可通过联系方式免费提供)
①筛选出升温几乎相同的两根温度计。
Ⅰ.所选仪器及材料
一支大试管(使其不易于迅速被加热,保证出现实验现象);酒精灯;铁架台及其组件;烧杯;70ml沸水;若干支红管温度计。
Ⅱ.方法
①用烧杯量出70ml沸水,加入至试管中,用试管固定夹使试管直立,从若干支温度计随机抽取两根,用铁架台组件将两温度计固定,并且两根温度计固定在液体内部同一高度,接着,用酒精灯低温加热。
若发现两根温度计初温大致相同且升温几乎相同,则选取它们下一步实验,若不相同,。则重新从若干支温度计筛选重做实验,直至筛选出适合的两根温度计。
②记录数据
仪器与材料:已筛选好的两根温度计;试管;酒精灯;铁架台及其组件;沸水;蒸馏水;红外测温仪;自来水;烧杯;手机。
3.数据记录
Ⅰ.沸水数据记录
用烧杯量出70ml沸水,加入试管中,用铁架台夹子固定试管,保持试管倾斜角在45°~60°(数据不是同一天记录,因为该实验超过一年多,但是同一天或有几天的数据角度相同)用加热相对于其他酒精灯慢的酒精灯加热(若采用火焰大的酒精灯,则难以捕捉其现象。)火焰用其中一根温度计伸入句试管底部2~3㎝处,另一支伸入到距液面1㎝内部。用打火机点燃酒精灯,(在这之前,用红外测温仪检测酒精灯火焰表面温度是否超过120℃,若超过,则调控酒精灯灯芯露出灯芯管的高度,直至调制适宜温度)每隔不超5s手机录音所处温度一次(因为数据录音时间间隔不统一,所以不超5s表达)
设伸入液体内部最远的温度计为A管,伸入液体内部最短温度计为B管。
实验现象:A管温度计有时出现温度倒退或滞留一段时间等待升温慢的B管温度计升温。(把它叫做介热现象)
Ⅱ.蒸馏水数据记录(与沸水步骤一样。)
现象:A管温度计有时出现温度倒退或滞留一段时间等待升温慢的B管温度计升温。
Ⅲ.排除实验疑问:
①或许会有人问试管摆放角度不同,可能不产生介热现象。
反驳①:通过实验,试管直立时,液体实验数据也会出现介热现象((实验数据可通过我的联系方式免费提供)
由此得出实验结论,与摆放角度无关。
反驳②:沸水蒸馏水实验中,摆放角度也有不同的,但也会产生介热现象。
㈠或许也会有问介热现象的产生,是温度计的热胀冷缩今儿体积增大才导致的。
反驳:㈠在蒸馏水数据中,每当做完实验结束前,我会用B管温度计伸入与A管温度计同一深度。结果发现量温度计温度计温度接近相同,这就说明不是热胀冷缩“惹的祸”!
㈡在多次实验中,有的温度计倒退了超3℃单位,难道温度计里面的管子就热胀冷缩得这么离谱吗?
㈢介热现象一定发生吗?
不一定,见实验结论
Ⅳ.实验结果
通过以下数据分析,A管温度计在试管加热过程中,会有温度倒退现象和A管停留一段时间再升温的现象
Ⅴ.讨论
①讨论
影响实验的根本原因?
见Ⅷ解释
②提高精度措施。
㈠无风状态下进行实验。
㈡筛选出具有加热条件下升温一致的温度计,并且初温相同。
㈢实验前要用待加热的物质的同种物质清洗试管和烧杯。
㈣用低温火焰加热,温度过高难出现介热现象。
Ⅵ.实验现象:A管温度计有时会出现滞温或温度倒退现象。
Ⅶ.得出规律:自来水(角度对介热现象的影响用到了自来水材料)、沸水、蒸馏水具有介热现象。
Ⅷ.解释:由热力学第一定律公式△U=W+Q.
假设将水宏观分成两部分(下半部分为A区域,上半部分为B区域):
A区域满足△U=W+Q.
B区域满足△U*=W*+Q*.
当B区域难以吸收热量时,A区域短时间内通过释放其能量△U↓=W↓+Q↓,从而降低内能,降低该区域温度,使得B区域内吸收A的能量,温度升高。
所以温度倒退是因为这样子的,而长时间不升温的A管是因为释放能量的同时,也得到了火焰源源不断的能量。所以不升温也不降温。当然。B区域并不是每次都要靠A区域内释放自身的能量开供给。B区域有时也有足够的“能力”吸收热量。也因此,影响本实验的根本原因是B区域内吸热能力。
Ⅸ.结论,
由以上得出。热的导体有第三种,即介热导体。并得出水的导热机理——介热定律。(定义:液体内部是一个很复杂的系统,他们有时处于一个相互转换的导热体状态)。
并因此大胆猜想,绝大多数液体(包括以水为溶剂的溶液)有介热定律性质,即液体的导热机理为介热定律。