绩效考核线性计算公式牛顿冷却定律在热学实验中应用的研究

2020年10月7日发(作者：罗湘)
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牛顿冷却定律在热学实验中应用的研究

作者：战星翰

来源：《中国科技纵横》2018年第04期

摘 要：本文根据牛顿冷却定律，介绍了量热学实验中两种散热修正的方法，等效绝热法
和末端温度修正 法，并探究了两种方法的优缺点，为其他量热学实验中散热修正方法的选取和
应用提供一些参考。
关键词：牛顿冷却定律；热学；散热修正
中图分类号：O551 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0000-00
量热学实验在热学实验中占用重要地位，它以热力学第一定律为基础，通过热力学过程 中
物体吸收、放出热量的多少，进而研究物体相关的物理特性。量热学实验中面临的一个主要问
题是无法保证量热系统的绝热性，系统与外界总是会发生热交换，进而导致实验结果存在一定
误差。针对 这一误差，实验上通常采用牛顿冷却定律来对系统的温度进行修正，本文主要介绍
牛顿冷却定律在相关量 热学实验中修正散热的方法及原理，同时分析不同修正方法的应用范围
和优缺点。
1 牛顿冷却定律
牛顿冷却定律指出，当系统与环境的温度差不大时（不超过25℃ ），系统温度变化率与
系统温度和环境温度之差成正比[1]。
2 等效绝热法
图1（a）为“混合法测定冰的熔化热”实验中的水温随时间的变化曲线（A-B-C-D-E），在
B 点所示时刻向温水中投入冰块，水温随着冰块的熔化而不断下降（B-C-D），在绝热情况
下，冰块吸 收的热量等于温水放出的热量，根据热量平衡关系式即可求出冰的熔化热[2]。图1
（b）为“混合法 测金属比热容”实验中水温随时间的变化曲线（A-B-C-D-E），在B点所示时
刻在低温的水中投 入高温的金属块，随着金属块的冷却，水温逐渐升高（B-C-D），在绝热情
况下，金属块放出的热量 等于水吸收的热量，同样，根据热量平衡方程可求出金属的比热容。
在上述两个实验 过程中，由于系统与外界的换热，导致系统的初温和末温与理想情况下的
初温和末温存在一定偏差，通常 利用等效绝热法来对系统的初温（B点所示温度）和末温（D
点所示温度）进行修正。
根据牛顿冷却定律，当 时（ 为环境温度），系统向外界放热；当 时，系统从外界吸热。
从图1（a）中可知，冰熔化过程中系统对外放热为 。作一假想熔化曲线B- F-C-G-D，其中B-
F为加冰前温水自然冷却过程，F-C- G为冰熔化过程，G-D为冰熔化结束后水自然升温过程。