空氣比热容比测定及计算方法.docVIP

实验五 空气比热容比测定 预习要求： 1、撰写预习报告，写明实验目的、简要叙述实验原理。见本材料（实验所用方法与教材不同）。 2、参考物理理论课教材，了解气体物态参量及理想气体物态方程、热量、绝热过程等热学概念。 一、实验目的： 1、用绝热膨胀法测定空气的比热容比。 2、观测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、实验装置： 1、进气活塞C1 2、放气活塞C2 3、AD590 4、气体压力传感器 5、胶粘剂 图〈一〉 图〈二〉 图〈一〉实验装置中3为电流型集成温度传感器AD590，它是新型半导体温度传感器，温度测量灵敏度高，线性好。AD950接6V直流电源后组成一个稳流源，见图〈二〉，它的测温灵敏度为1uA/℃，若串接5K电阻后，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；4为气体压力传感器探头，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P0+10.00KPa时，数字电压表显示为200mV，仪器测量气体压强灵敏度为20mV/KPa，测量精度为5Pa。 三、实验原理： 单位质量的物质，其温度升高1K（或1℃）所需热量叫做该物质的比热容。气体比热容对应于不同的受热过程有定压比热容Cp和定容比热容Cv。其比值为比热容比：r=Cp/Cv 在热力学过程特别是绝热过程中是一个重要的物理量。气体的比热容比现称为气体的绝热系数。 如图〈一〉所示，以贮气瓶内空气作为研究的热学系统。实验时先打开放气阀C2，贮气瓶与大气相通，再关闭C2，瓶内充满与周围空气同温同压的气体。 打开充气阀C1，用充气球向瓶内打气，将原处于环境大气压强P0、室温T0的空气从活塞C1处送入瓶内。关闭C1，这时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即与周围温度平衡，瓶内气体处于状态I（P1、T0、V1）。 然后迅速打开放气阀C2，使瓶内空气与大气相通，当瓶内压强降至P0时，迅速关闭C2，将有体积为⊿V的气体喷泻出贮气瓶。由于放气过程很短，瓶内保留的气体来不及与外界进行热交换，可认为是一个绝热膨胀过程。瓶内保留气体压强减小，温度降低，到达状态II（P0、T1、V2）。V2为贮气瓶体积，V1为保留在瓶中这部分气体在状态I时的体积。绝热膨胀过程应满足绝热方程： P1·=P0· （1） 在关闭C2后，由于瓶内气体温度低于室温，将从外界吸热，温度升高，到室温T0为止，瓶内气体压强也随之增大到P2，稳定后状态为III（P2、T0、V2）。从状态II至状态III的过程可看作是一个等容吸热过程。总之，由状态I至状态II至状态III的过程如图（a）（b）所示。 原状态为I（P1、T0、V1）体系改变为状态III（P2、T0、V2），温度不变，由气体状态方程可得： P1·V1=P2·V2 （2） 合并（1）和（2）式，消去V1、V2可得： r =（logPo-logP1）/（logP2-logP1） （3） 由（3）式可以看出，只要测量P0、P1和P2值，就可求得空气比热容比r的值。 四、实验内容： 1、按图〈一〉接好仪器的电路，AD590的正负极请勿接错。开启电源，将电子仪器部分预热20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。记下大气压强P0。 2、把活塞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对应电压值和温度对应电压值T0。 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T0时记下贮气瓶内气体的压强P2和温度对应电压值。 5、用公式（3）进行计算，求得空气比热容比值。 五、注意事项： 1、贮气瓶加压大小不能超过150mV。 2、实验内容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，都将影响实验要求，引入误差。由于数字电压表尚有滞后显示，如用计算机实时测量，发现此放气时间约零点几秒，并与放气声产生消失很一致，所以关闭活塞C2用听声更可靠些。 3、做完实验，活塞C1、C2放置于竖直导通状态。 4、由于硅压力传感器各只灵敏度不完全相同，一台仪器配一只专用传感器，请勿将显示器与压力传感器互换。 六、实验数据： P1=P0+/20mv；P2=P0+/20mv; r= log (P1/P0) / log(P1/P2) P0(KPa) P1(mV) T0 (mV) P2(mV) T0(mV) P1(