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液体比汽化热的测量

从蒸汽凝结的热平衡中,分离潜热与显热。

让蒸汽进入量热器,以初末称量确定凝结质量,以传感器电压换算温度。冷水与器件吸热、凝结水降温放热分别核算,最后求单位质量潜热。

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液体比汽化热的测量:测量、计算与物理解释

图 1 液体比汽化热的测量:测量与计算主线

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从记录到物理量

内筒与搅拌器质量、初末总质量及 3 个温度电压条件;冷水质量 119.76 g,初末相同称量构成时凝结质量 7.80 g,温升 32.5 K。

核心计算关系为:

$$ L=\frac{C_{\mathrm{sys}}(t_2-t_1)}{M}-c_{\mathrm w}(t_3-t_2). $$

$C_{\mathrm{sys}}$ 为水、内筒与搅拌器的总热容,$M$ 为蒸汽凝结质量。第一项是每单位凝结质量对应的系统吸热,第二项扣除凝结水从蒸汽温度降至末温释放的显热。公式中质量采用克时,结果先为 J/g。

表 1 关键计算结果

物理量 计算值 单位
默认构成条件比汽化热 1973118 J/kg
末态额外计搅拌器时比汽化热 4108769.9 J/kg
末温灵敏系数 71945.877 J/(kg·K)

初末相同称量构成时,比汽化热约 1.973 × 10⁶ J/kg。末态若额外计入搅拌器,凝结质量和结果随之改变,表中并列两种条件。核对称量构成是确定结论的关键;温度扫描帮助判断散热引起的偏差方向。

沿着图像理解结果

固定质量、初温和蒸汽温度时,假设末温偏移对应的比汽化热模型响应

图 2 固定质量、初温和蒸汽温度时,假设末温偏移对应的比汽化热模型响应

完整记录、计算过程与结果讨论见实验报告。图中拟合与模型的物理含义可在 Notebook 中逐步计算。

在参数变化中继续探索

操作 参数范围与默认值 观察什么
假设末温偏移滑块 −2 至 2 K,默认 0 K 保持初温、质量和 100 °C 蒸汽温度,观察热平衡估值的变化。

在 HTML 中操作已有控件;在 Jupyter 或 Wolfram 中运行全部单元,可继续修改输入与计算。

在本机打开

环境安装见使用指南。在仓库根目录启动:

.\.venv\Scripts\python.exe -m jupyterlab experiments/course-01/vaporization-heat/notebooks/analysis.ipynb

Wolfram 安装独立包后,通过包入口打开 Notebook。将仓库路径改为本机路径:

PacletInstall["D:/general-physics-lab/notebook/paclets/VaporizationHeatLab/dist/VaporizationHeatLab-0.1.0.paclet"];
Needs["VaporizationHeatLab`"];
VaporizationHeatLab`OpenNotebook[]

数据与计算实现

内容 文件
质量与测温电压 observations.csv
单位、参数与模型条件 experiment.json
Python 实现 vaporization_heat.py
Wolfram 实现 VaporizationHeatLab.wl

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