估算水的比热容

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我们有没有办法简单的估算出水的比热呢?

水的比热容非常大,约为4200J/(kg· °C),那么我们有没有办法自己简单的估算出这个数值呢?

素材

  • 电热水壶
  • 计时器(秒表、手表、手机、iPad)

实验步骤

简单地说,就是记下烧开一满壶水所用的时间,再根据电热水壶的参数计算水的比热。
观察电热水壶的铭牌,读出标称功率值。(比如1000W、1500W)
读出电热水壶的标称容量。(比如1.2L、4L)
将电热水壶装满水,如果水壶有最大标志位(比如Max),水面应与其对齐。
开始烧水,同时开始计时
到水烧开时停止计时,记下时间

计算方法

按照比热容的定义即可计算出水的比热容:
水吸收的热量是电水壶的功率乘以消耗的时间,$$ΔQ = P \cdot t$$
水的质量是电水壶的容积乘以水的密度,$$m = V \cdot ρ$$
水升高的温度是水的沸点减去水的起始温度,可以以当时的室温代替,$$ΔT = T – T0$$
水比热的估算公式就是$$C = {{P \cdot t} \over {V \cdot ρ \cdot (T – T0)}}$$
比如,室温25°C下,用一个1500W、4L的热水壶烧开一满壶水用了16分钟(需要换算成秒),那么估算出水的比热为$$C = {{1500 × 16 × 60} \over {4 × 1 × (100 – 25)}} = 4800$$

思考

根据你自己估算的比热容,思考下面的问题:
  1. 和准确值4200相比,估计值有多少百分比误差?是正还是负的?
  2. 这样的估计方法容易产生正的还是负的误差
  3. 这些误差由哪些因素引入?哪些是主要因素?如何消除?
  4. 如何设计一个更精准的比热测量工具?

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