电热法测量焦耳热功当量实验
目的：目的
以電熱法測出熱功當量。
實驗方法：實驗方法：
由於在實際環境下用電功加熱系統使溫度升高的過程中，系統會向外散熱（原因在於系統溫度高於環境溫度）。因此系統實際上所達到的末溫必低於沒有散熱情況時的末溫，故以牛頓冷卻定律將散熱導致的溫差求出，以求得較精確的結果。
原理：原理：
早在1798年，德國侖福特以研究摩擦作功所產生的熱量，得知此熱量與供給的功成正比。由能量守恆定理，當外界對一系統作功 W（單位"焦耳"），若這些功完全由系統轉換成內能（即熱量△H，單位"卡"），我們能夠找出它們的換算關係
W=J×△H (1)
其中的J即為熱功當量，單位為"焦耳/卡"。本實驗是要測量J值。
若一系統是由不同比熱ci和質量mi的成分所構成，欲使此系統溫度升高△T，需要的熱量△H，可寫為
△H =Σmici△T =C×△T (2)
其中C代表整個系統的熱容，可寫成各成分的比熱與質量乘積之和。若外界對系統作功W，使系統溫度由To升到某一特定溫度TH，由(2)式代回(1)式中可得其關係如下：
W=J×C×(TH-To) (3)
實驗儀器：實驗儀器：
方法說明：本實驗的設計主要分成兩部分：一是測量系統熱容C；二是對散熱所造成的誤差做修正，再與供給的電功比較，求出得較準確之熱功當量值J。
一、測量系統熱容C
設水的比熱為S(1卡/oC)，卡計系統（包括溫度計、鎳鉻線圈及銅杯等）熱容為C，此時在卡計內的銅杯中，注入溫度To、質量M克的水（約至半滿），並加熱到接近50℃ 時的溫度TH，再量取約m克（約與M克差不多重），而溫度為To的水注入，攪勻後測得混合後的溫度Tave，求出系統熱容C。
(C+S×M)(TH-Tave)=S×m(Tave-To)
所以
S•m(Tave-To)C=-S•M (4)
(TH-Tave)
二、電熱法與散熱修正
對於卡計系統，我們在鎳鉻線圈（電阻為R歐姆）的兩端加電壓V（伏特），則輸入此系統的電功率為
V2P=(瓦特) (5)
R
實際上，在用電功加熱系統使溫度升高的過程中，系統會向外散熱（原因在於系統溫度高於環境溫度）。因此系統實際上所達到的末溫Tf，必低於沒有散熱情況時的末溫TH，要設法將散熱導致的溫差△T求出，使
修正的方法即求出△T的方法如下：
TH=Tf + △T (6)
如圖3(a) 所示，圖中區域(I)部份為加熱溫度曲線，而圖中區域(II)部份為降溫曲線。圖3(b) 中，我們將降溫部分放大，停止加熱後至時間tR，溫度降為TR，根據牛頓冷卻定律，在系統與環境間的溫差不大，而系統處於自然冷卻的情況下，系統的冷卻速率
u=
∆T
=κ(T-θ) ∆t
其中T是系統表面的溫度，θ是環境溫度(室溫)；κ為與系統的表面狀況及熱容有關的常數。κ之值可由下式計算求得：
TR-θ1
κ=ln[ (7)
tR-tfTf-θ
散熱導致的溫差△T為
Tf+To
∆T=κ•[-θ]•tf
(8)
2
得到了修正的末溫TH之後，代入式(3)
W=J×〔C系統×（TH-To）+S水×m水×（TH-T0）〕式，即可求出熱功當量J。
儀器架設：
注意事項：
a.加熱溫度不超過溫度計最大使用範圍；應以旋轉翻試，小心地將溫度計插入（或
拔出）軟木塞，避免造成斷裂。損毀者，照價賠償。
b.銅杯內的水必須能蓋過鎳鉻絲，否則容易燒毀。燒毀者，照價賠償。 c.在實驗過程中，在實驗過程中，應常用攪拌器均勻卡計系統溫度的分布。應常用攪拌器均勻卡計系統溫度的分布
實驗步驟：實驗步驟：
一、量測系統熱容
於銅杯內注入約一半的熱水（需先測量質量M），放入卡計內蓋上蓋子，等待約一分鐘後測量卡計內的溫度TH。再加入大約等量的冷水（需先測量質量m），攪拌均勻後記錄系統溫度Tave，利用式(4)求出系統熱容C。
二、電熱法測出熱功當量J值
1.在銅杯內注入約250克的水，並且記錄水的質量m，初溫To與室溫θ。 2.通電後（電壓調整至15伏特，電壓調整不可超過18伏特，固定後不可再調整），
以2分鐘的間隔記錄加熱過程中系統的溫度，數據不可少於15個。
3.斷電源後開始自然降溫，則每1.5分鐘記錄溫度一次，數據不可少於10個。 4.將溫度與加熱時間，繪製成圖表。 5.依說明中的方式修正末溫Tf，並求出J值。
請參閱 驗影片
結果與紀錄：結果與紀錄： 一、系統熱容測定
a. 溫度較高水重M＝ g，溫度TH＝ ℃。 b. 溫度較低水重m＝g，溫度T0＝ ℃。 c. 混合後系統溫度Tave＝ ℃。
系統熱容C＝ cal/℃。(公式(4)) 二、測量熱功當量
A. 鎳鉻絲電阻＝ Ω；銅杯內水重＝ g， 初溫T0＝℃，室溫θ℃。 加熱電壓＝V。 B. 升溫記錄：
次數 溫度(℃) 時刻(min) 次數 溫度(℃) 時刻(min)
C. 降溫記錄
1 9
2 10
3 11
4 12
5 13
6 14
7 15
8 16
次數 溫度(℃) 時刻(min) 次數 溫度(℃) 時刻(min)
1 9
2 10
3 11
4 12
5 13
6 14
7 15
8 16
D. 利用電腦軟體畫出時間與溫度關係圖。
V2
×tf ) E. 外界供給電能焦耳；(W=R
F. 系統之κ值(min-1) (公式(7))
G. 系統修正後的末溫TH＝ ℃；(公式(8)) H. 熱功當量J＝ 焦耳/卡。(公式(3))