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。
读实验报告 · HTML 阅读与探索 · Python 笔记本 · Wolfram 笔记本
图 1 液体比汽化热的测量:测量与计算主线
选择你的入口
| 用途 | 入口 | 打开方式 |
|---|---|---|
| 阅读原理、记录、计算与结论 | Markdown 报告 · 排版阅读版 | GitHub、Markdown 阅读器或浏览器 |
| 浏览计算图表、操作交互控件 | HTML 阅读版 | 直接在线打开,也可下载到本机 |
| 逐步执行和修改 Python 计算 | Jupyter Notebook | JupyterLab 或 VS Code |
| 原生数学排版与 Wolfram 计算 | Wolfram Notebook · Paclet 安装包 | Wolfram 前端 |
| 对照原始报告 | 源报告 PDF | GitHub 或 PDF 阅读器 |
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

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 |