空气比热容比的测定.doc

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1、空气比热容比的测定在热学中比热容比是一个基本物理量。过去，由于实验测量手段的原因使得对它的测量误差较大。现在通过先进的传感器技术使得测量便得简单而准确。本实验通过压力传感器和温度传感器来测量空气的比热容比。一、实验目的1.用绝热膨胀法测定空气的比热容。2.观察热力学过程中状态变化及基本物理规律。3.学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。二、实验原理理想气体定压摩尔热容量和定体摩尔热容量之间的关系由下式表示（4-6-1）其中,为普适气体常数。气体的比热容比定义为（4-6-2）气体的比热容比也称气体的绝热

2、系数，它是一个重要的物理量，其值经常出现在热力学方程中。测量仪器如图4-6-1所示。1为进气活塞C1，2为放气活塞C2，3为电流型集成温度传感器,4为气体压力传感器探头。实验时先关闭活塞C2，将原处于环境大气压强为P0、室温为T0的空气经活塞C1送入贮气瓶B内，这时瓶内空气压强增大，温度升高。关闭活塞C1，待瓶内空气稳定后，瓶内空气达到状态Ⅰ（），V1为贮气瓶容积。然后突然打开阀门C2，使瓶内空气与周围大气相通，到达状态Ⅱ（后，迅速关闭活塞C2。由于放气过程很短，可认为气体经历了一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降

3、低。绝热膨胀过程应满足下述方程（4-6-3）在关闭活塞C2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度T0时，原气体的状态为Ⅰ（）改变为状态Ⅲ（），两个状态应满足如下关系：（4-6-4）由（4-6-3）式和（4-6-4）式，可得（4-6-5）利用（4-6-5）式可以通过测量P0、P1和P2值，求得空气的比热容比值。图4-6-1测量仪器示意图图4-6-2系统连接图三、实验仪器NCD-I型空气比热容比测量仪由如下几个部分组成：贮气瓶（由玻璃瓶、进气活塞、橡皮塞组成）、两只传感器（扩散硅压力传感器和电流型集成温度传感器AD590各

4、一只）、测空气压强的三位半数字电压表、测空气温度的四位半数字电压表。测空气压强的数字电压表用于测量超过环境气压的那部分压强，测量范围0~10000Pa，灵敏度为20mv/Kpa（表示1000Pa的压强变化将产生20mv的电压变化，或者50Pa/mv，单位电压变化对应50Pa的压强变化）。实验时，贮气瓶内空气压强变化范围为6000Pa。图4-6-1实验装置中，温度传感器3是新型半导体温度传感器，其测量灵敏度高，线性好，测温范围为-50~150℃，接6V直流电源后组成一个稳流源。它的测温灵敏度单位为1μA/℃，若串接5KΩ电

5、阻后，可产生5mv/℃的信号电压，接0~2V量程四位半数字电压表，可检测到最小0.02℃温度变化。气体压力传感器探头4由同轴电缆线输出信号，与仪器内的放大器及三位半数字电压表相接。当待测气体压强为环境大气压P0时，数字电压表显示为0，当待测气体压强为P0+10000Pa时，数字电压表显示为200mv，仪器测量气体压强灵敏度为20mv/1000Pa。四、实验步骤1.按图4-6-2接好仪器的电路，注意AD590的正负极不要接错。用Forton式气压计测定大气压强P0，用水银温度计测量环境温度。开启电源，将电子仪器部分预热20

6、分钟，然后用调零电位器调节零点，把三位半数字电压表示值调到0。2.将活塞C2关闭，活塞C1打开，用打气球把空气稳定地徐徐进入贮气瓶B内，用压力传感器和AD590温度传感器测量空气的压强和温度，记录瓶内压强均匀稳定时压强P1和温度T0（室温为T0）（P1取值范围控制在130mV~150mV之间。由于仪器只显示大于大气压强的部分，实际计算时式（4-6-5）中的压强P1应加上周围大气压强值）。3.突然打开活塞C2，当贮气瓶的空气压强降低至环境大气压强P0时（这时放气声消失），迅速关闭活塞C2．4.当贮气瓶内空气的温度上升至室温

7、T0时，记下贮气瓶内气体的压强P2（由于仪器只显示大于大气压强的部分，实际计算时式（4-6-5）中的压强P2应加上周围大气压强值）。5.用公式（4-6-5）进行计算，求得空气比热容比值。五、注意事项1.在实验步骤3打开活塞C2放气时，当听到放气声结束应迅速关闭活塞，提早或推迟关闭活塞C2，都将影响实验结果，引入误差。2.实验要求环境温度基本不变，如发现环境温度不断下降，可在远离实验仪器处适当加温，以保证实验正常进行。六、数据记录与处理1.参考表4-6-1记录实验数据。2.计算空气比热容比的平均值和标准偏差，给出测量结果。

8、表4-6-1数据纪录参考用表周围大气压强P0/105Pa状态Ⅰ压强显示值P1/mv状态Ⅰ温度T0/mv状态Ⅲ压强显示值P2/mv状态Ⅲ温度T0/mv状态Ⅰ气体实际压强P0+P1/（105Pa）状态Ⅲ气体实际压强P0+P2/（105Pa）平均值七、思考题1.打开活塞C2放气时,提早或推迟关闭如何影响测量结果?2.环境温