熱功當量測定 - 改 !A12 組

組員 : 吳昌軒 劉家靖 甘濬豪

目的 : 　運用電能轉熱能進而測得熱功當量。

原理 :1. 熱容 (C)= 某物之比熱 × 某物之質量。2. 能量守恆定理，當我們對一個物體做功，而功完全轉換成內

能時可得到一關係式 。 (1) 3. 如果系統是由不同比熱 及質量 ，那要升高 所需的

(2)

4. 外界對此系統做功 W ，可使系統由 上升到 ， 由 (2) 式帶入 (1) 式中可得此關係式 5.牛頓冷卻定律 :一冷卻物體之冷卻速率與「該物體溫度與室　溫之溫差」成正比

JWiS im

CMS ii

i

0

)( 0 HCJW

方法

先測定系統 ( 卡計 ) 的熱容，最後要加回某些被卡計吸收的能量。

統整資料並帶入原理就可得熱功當量。

把水裝入絕熱裝置中，然後用直流電供應器對系統做功。

直流電源供應器。卡計 ( 熱水 + 冷

水 )

熱電耦溫度計

實驗裝置

直流電源供應器。卡計 ( 熱水 + 冷

水 )

熱電耦溫度計

真‧實驗裝置 ‧ｅｘ‧改

保麗龍外盒

實驗裝置

數據 :1. 熱容 :

將這些數據代入

　　可得到熱容為 29.218(J/g × )℃

(P.S. 因為做時先放熱水所以公式本身可不變，但如果是先加冰水， 那就必須要改變一下公式 )

溫高的水質量 M(g) 146.2

溫低的水質量 m(g) 147.72

溫高的水溫 ( ) ℃ 52.1

溫低的水溫 ( )℃ 17.1

混合後系統溫度 ( )℃ 36.1

MSmS

CaveH

ave

)(

)( 0

數據 : 記錄溫度升降

時間t(m)

0 3 6 9 12 15

溫度T(°C)

17.1 18.2 21.6 25.7 31.0 35.7

時間t(m)

18 21 24 27 30

溫度T(°C)

39.0 43.6 48.3 52.1 55.6時間t(m)

33 34.5 36 37.5 39 40.5

溫度T(°C)

58.5 58.1 57.6 57.2 56.7 56.2

時間t(m)

42 43.5 45 46.5 48 49.5

溫度T(°C)

55.6 55.2 54.6 54.2 53.6 53.2

時間t(m)

51 52.5 54

溫度T(°C)

52.9 52.4 51.8

數據 : 記錄溫度升降

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

T (

溫度

oC

)

t (s)時間

0 1000 2000 3000 4000 500024

26

28

30

32

34

36

38

40 T

()

溫度

℃

t (s)時刻

結論 :

實驗最後將數據代入

，進而求出熱功當量 =4.82(J/cal) ，而相對於理論值4.18 所測得的誤差是約 15 ％。

在此實驗中需根據牛頓散熱定律

　對溫度作微調。

但是由於環境的受光與通風因素等太多變因可以影響末溫，由此我們懷疑牛頓冷卻定律的正確性。

)()( 00

HH mSC

WJ

水

J

tk f

20

結論 : 而在我們設想的狀況下，完全絕熱的環境將不需要

利用牛頓冷卻定律來修正末溫。

修正後熱功當量 4.82(J/cal) （誤差 15% ）較原本未利用公式導正之前之熱功當量 5.27(J/cal) （誤差26% ）更加接近理論值。

由此我們得到，牛頓冷卻定律在一個有簡單隔熱裝置（傳導、對流）的器材當中在修正部分也是有一定修正性的。

結論 : 而在實驗中無心插柳柳橙汁的是，利用這樣隔熱

的方法，我們有效阻絕了風，冷氣等等外在的氣流因素來影響我們的實驗過程。換句話說，我們的加熱過程以及散熱過程變得相當穩定。

雖然誤差較上次實驗的 3.34(J/cal) （ 20% 誤差）減少了 5 ％誤差，變成 4.82(J/cal) （誤差 15% ） （而且是逆向），但是穩定的實驗過程變成我們這次改進實驗所得到的最大成效。

參考資料 : 普物實驗室 維基百科