实验1 恒温槽的装配与性能的测定.docx

恒温槽的装配与性能的测定【摘要】本实验通过测定恒温槽恒在不同条件下(不同加热电压)温度随时间的波动情况，分析影响 恒温槽灵敏度的因素，并在实验过程中初步掌握恒温槽的装配及恒温原理。AbstractIn this experiment, we choose different conditions (difference in heat voltage) to examine the fluctuate of the temperature of the thermostat , in order to analyzed the factors taking effect on the sensitivity of the thermostat and grasp its theory and the method to operate this equipment.【关键词】恒温槽 加热电压 灵敏度Keywordsthermostat heat voltage sensitivity【前言】在许多物理化学实验中，待测数据如折射率、粘度、电导、蒸汽压等都与温度有关，这些实 验都要在恒温条件下进行，通常用恒温槽设备来控制温度，目前恒温槽主要靠恒温控制器控 制电加热器工作，温度都是相对的稳定，多少总有一定的波动。所以在实验过程中，恒温槽 的灵敏度很重要，测量恒温槽的灵敏度对分析实验结果，以及对恒温槽的改进都有着重要的 意义。本实验就是通过电磁继电器控恒温槽灵敏度的测量，并进行讨论，来研究恒温槽的改 进。实验过程】一、实验原理恒温槽通过电子及电器对加热器自动调节，当恒温槽因热量向外扩散等原因使体系 温度低于设定值时继电器控制加热器工作，到体系再次达到设定值时又自动停止加热。 加热过程中通过搅拌器使热量均匀。恒温控制器在控温的同时，精确地反映了被控温部位 的温度值。图1-1即是一恒温装置。它由浴槽、加热器、搅拌器、温度计、感温元件、恒 温控制器等组成。图1-1恒温槽装置图1-浴槽2-加热器3-搅拌器4-温度计5-感温元件（热敏电阻探头）6-恒温控制器7-贝克曼温度计二、实验仪器仪器名称型号产地电子继电器6402 型(220V5010A)通州市沪通实验仪器厂精密电子温差测量仪JDW-3F南京大学应用物理研究所增力电动搅拌器JJ 1(40W)江苏金坛市环宇科学仪器厂调压变压器TDGC-1/0.5天津市东风电器厂恒温槽装置三、实验步骤1、将电脑主机及相关电源插座通电，熟悉各部件功能（已经装配好）；2、使用恒温槽内置的恒温控制器，将温度调为30，将电子温差测量仪 置零打自己的测量通道，进行测量，并不时的用ORIGIN作图，当图显示 一定的规律时即可停止测量；3、将恒温装置换为由电子继电器控制的恒温装置，将温度仍调为301, 电压调为175V，并将电子温差测量仪置零打开自己的测量通道，进行测量， 并不时的用ORIGIN作图，当图显示一定的规律时即可停止测量；4、同步骤3 （注意要将电压调为100V ）；5、同步骤2 （注意要将水循环装置打开）；6、同步骤3 （注意要将水循环装置打开）；7、同步骤4 （注意要将水循环装置打开）；8、将所有数据上传并拷贝下来，进行处理分析。四、实验结果精密电子温差测量仪每秒钟记录4个数据，在处理实验数据的过程中由于个别点误差 较大，在作图的过程中已除去。1、恒温槽内置恒温控制器（无循环水）30°C，温度变化-时间曲线如下：时间e理）图二、继电器恒温控制器（无循环水）30C电压175V下温度差（C）-时间（0.25） s 关系图温度差（X ）D.066 -i0.0840.0620 080广 D078E D.O76朗顷4建 0 0720 0700.0680.066 -I JL U0 04 010002000300040005000时间（0.25s）图一、恒温槽内置恒温控制器（有循环水）30°C下温度差（°C）-时间（0.25） s关系图0-1500个点时仪器升温，温度差不稳定，取1500之后计算，则由origin读图知最高温度t1=0.075°C，最低温度t2=0.066°CT=±（t1-t2） /2=±0.0045C循环周期t=68s分析：升温过程结束后，恒温槽内的温度始终在30C边细微变化，变化的数值较小。 可以看出恒温槽内置恒温控制器灵敏度很高，恒温效果好。2、继电器恒温控制器（无循环水）30C电压175V，温度变化-时间曲线如下：|- -温.度差（*由origin读图知最高温度t1=0.235°C，最低温度t2=-0.024CT=±（t1-t2） /2=±0.1295C循环周期t=474s分析：恒温槽通过电子及电器对加热器自动调节，当恒温槽因热量向外扩散等原因 使体系温度低于设定值时，继电器控制加热器工作，到体系再次达到设定值时，又自动 停止加热。加热过程中通过搅拌器使热量均匀。恒温控制器在控温的同时，精确地反映 了被控温部位的温度值。3、 继电器恒温控制器（无循环水）30°C电压100V，温度变化-时间曲线如下：图三、继电器恒温控制器（无循环水）30C电压100V温度差（C）-时间（0.25） s关系图由origin读图知最高温度t1=0.000C，最低温度t2=-0.099CT=±（t1-t2） /2=±0.0495C循环周期t=205s分析：相比于175V电压，100V电压下恒温槽温度波动小，恒温效果佳4、恒温槽内置恒温控制器（有循环水）30C，温度变化-时间曲线如下:一一相对温度o.ia0.160.140.120.000.060 04 0.020.00-0.0201000200030004000时间（0.25s）图四、恒温槽内置恒温控制器（有循环水）30 r温度差（°C）5000时间（0.25） s关系图前1000个点是升温状态，取1000之后的点由origin读图知最高温度t1=0.160°C，最低温度t2=0.051°CT=±（t1-t2） /2=±0.0545C循环周期t=96s相比于恒温槽内置恒温控制器（无循环水）30C下恒温槽温度波动大，恒温效果差， 说明使用恒温槽自带恒温器时，循环水（温度低于30C ）会影响恒温槽恒温精确度。5、继电器恒温控制器（有循环水）30C电压175V，温度变化-时间曲线如下：一一相对温度时间（0.25s）图五、继电器恒温控制器（有循环水）30r电压175V下温度差（°C）-时间（0.25） s关系图由origin读图知最高温度t1=0.165°C，最低温度t2=-0.06°CT=±（t1-t2） /2=±0.1125C循环周期t=210s分析：相比于恒温槽内置恒温控制器（有循环水）30C下恒温槽温度波动大，恒温效果差，说明继电器恒温控制器（有循环水）不如恒温槽自带恒温器精度高。6、继电器恒温控制器（有循环水）30C电压100V，温度变化-时间曲线如下：0.060.04 -0.能-0.00 -0.02 -0.04 -036I 一一相时温度LO时间(0.25s)图六、继电器恒温控制器（有循环水）30r电压100V下温度差（°C）-时间（0.25） s关系图由origin读图知最高温度t1=0.0433°C，最低温度t2=-0.0437CT=±（t1-t2） /2=±0.0435C循环周期t=136s分析：相比于继电器恒温控制器（无循环水）30C电压175V精度较高，说明使用外接继 电器控制时，电压低效果好。总结：pw 氐船拯)监豆寒哇拦，SKfiEEe兰0 25 -0 200 150 100 05 -0 00 -0 05 -0 10 -010002000300040005000时间图七、六种情况下温度差（C）-时间（0.25）s关系图恒温槽内置恒温控制器（有循环水）30r继电器恒温控制器（有循环水）30r电压175V继电器恒温控制器（有循环水）30r电压ioov 恒温槽内置恒温控制器（无循环水）30r继电器恒温控制器（无循环水）30r电压175V继电器恒温控制器（无循环水）30笆电压100V从图中可以明显看出，用近似平衡加热电压维持恒温状态，恒温槽的灵敏度比采用自动控温 装置要高得多。恒温槽内置恒温控制器（有循环水）30C继电器恒温继电器恒温恒温槽内置恒温控制器（无循环水）30 C继电器恒温继电器恒温控制器（有控制器（有 循环水）循环水）控制器（无控制器（无 循环水）循环水）30C电压 175V30C电压100V30C电压175V30C电压100V最高温度（°C）0.16000.16500.04330.07500.23500.0000最低温度（°C）0.0510-0.0600-0.04370.0660-0.0240-0.0990±T(C)0.05450.11250.04350.00450.12950.0495循环周期（s）9621013668474205各种情况下的相关数据从以上数据，可得出结论：1、有循环水与无循坏水的区别:从理论上分析循环水的加入会使水浴的散热速率加大，会减少水浴的循环时间。从实验数据上看，除第一、三组对比不符合以外，其他几组都满足。2、电压的差别：理论上，电压低加热速度慢，循环周期小，灵敏度也越小，将实验二 与三对比、实验五与六对比，发现满足此规律；3、给定的恒温装置与自组装的恒温装置的比较：很明显自组装的恒温装置不论是灵敏 度还是循环周期都没有给定的恒温装置好，说明精密仪器在制造技术上是很有讲究的，不是 单纯的知道原理用一些廉价的配件就可以实现相同的效果的。4、使某一体系能维持在高于室温的恒温状态，有三种方法：1 ）环境一体系间理想的静态绝热；2 ）环境一体系间近似的动态绝热，当体系不断向环境散发热量时，环境以另外的形式 连续的向体系供给相等的热量；3 ）实验中采用的自动控温装置。三种方法各有优缺点，第一种方法原理最为简单，但很难实现；第二种方法从上图可看出，温度波动范围明显比自动控温装置要小，但是，一旦外界因 素发生改变（如室温降低），平衡很容易被打破，因此在外界条件变化剧烈时，不能适用；第三种方法虽然从灵敏度上分析不如第二种，但能克服第二装配那个方法的缺点，可随 环境变化实现自动控温，因此在一定误差允许范围内，使用第三种方法更为方便有效。【感想】本实验实际上采用了控制变量法。物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控 制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，而只改变其中的某一个因 素，从而研究这个因素对事物影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量 法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。通过本实验我了解恒温槽的构造及恒温原理，了解了影响恒温水浴性能的诸多因素，学 会了通过灵敏度和周期等分析恒温槽的性能，掌握了贝克曼温度计和温控仪的调试与使用方 法。【参考资料】物理化学实验崔献英等编著中国科学技术大学出版社（2000.4）物理化学傅献彩等编高等教育出版社（2005.7）大学物理实验第一册霍剑青等编高等教育出版社（2005.11）