电热法测热功当量实验数据处理方法

何建勋，唐 芳

(北京航空航天大学 a.能源与动力工程学院；b.物理科学与核能工程学院，北京 100191)

热功当量实验是验证能量守恒和转化定律的基础实验[1]，其在装置的设计、操作技能的训练和数据处理方法的研究等方面都有助于对学生能力的培养[2]，因此无论在物理学的发展还是在实验教学中，热功当量的测量实验均具有较大的意义[2]. 目前实验教学中普遍采用电热法测量热功当量，我校教材中该实验的数据处理采用“差分代替微分”法求解热功当量[3]，这种方法只需记录加热升温数据，但从我校实验经验上看，实验所得的线性相关系数较低、且热功当量测量误差通常较大[4].

本文基于温度补偿原理和牛顿冷却定律，对电热法测量热功当量实验提出了2种散热修正方法，即温度补偿法和线性回归法. 首先简单介绍电热法测量热功当量和2种新的散热修正方法；然后对同一批数据用不同的方法处理并比较；最后针对线性回归法，讨论测点数目和测点时间间隔对实验准确度的影响，给出实验方案选择建议.

1 电热法测量热功当量的基本原理

热功当量可定义为传热量和做功量单位之间的数量关系[1]. 电热法测量热功当量实验在量热器中进行，用电阻加热器向量热器系统加热，加热过程中电流做功为

(1)

式中，U为加热器两端的电压，R为加热器的电阻，t为加热时间. 在不考虑散热的情况下，即假设电流做功全部转化为热量，使盛水的量热器系统由初温T0升到T，系统吸收的热量为