实验4－18　用压力传感器和温度传感器.doc

- PAGE 6 - - PAGE 7 - 热学实验 热学实验是大学物理实验中的重要内容。在理想热学实验中，应遵循两条基本原则：其一是保持系统为孤立系统；其二是测量一个系统的状态参量时，应保证系统处于平衡态。我们的实验内容设计了对空气的比热容比进行测定。 §5.1空气比热容比的测定 气体的定压比热容与定容比热容之比称为气体的绝热指数，它是一个重要的热力学常数，在热力学方程中经常用到，本实验用新型扩散硅压力传感器测空气的压强，用电流型集成温度传感器测空气的温度变化，从而得到空气的绝热指数；要求观察热力学现象，掌握测量空气绝热指数的一种方法，并了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。 【预习重点】 1．了解理想气体物态方程，知道理想气体的等温及绝热过程特征和过程方程。 2．预习定压比热容与定容比热容的定义，进而明确二者之比即绝热指数的定义。 3．认真预习实验原理及测量公式。 【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．了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。 【实验原理】 理想气体的压强P、体积V和温度T在准静态绝热过程中，遵守绝热过程方程：等于恒量，其中是气体的定压比热容和定容比热容之比，通常称=为该气体的比热容比（亦称绝热指数）。 如图5.1.1所示，我们以贮气瓶内空气（近似为理想气体） （1）首先打开放气阀A，贮气瓶与大气相通，再关闭A，瓶内充满与周围空气同温（设为）同压（设为）的气体。 （2）打开充气阀B，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀B。此时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时的气体处于状态I（,,）。 图5.1.1 试验装置简图（3）迅速打开放气阀A，使瓶内气体与大气相通，当瓶内压强降至时，立刻关闭放气阀A，将有体积为ΔV的气体喷泻出贮气瓶。由于放气过程较快，瓶内保留的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热膨胀的过程。在此过程后瓶中的气体由状态I（,,）转变为状态II（,,）。为贮气瓶容积，为保留在瓶中这部分气体在状态I（,）时的体积。 图5.1.1 （4）由于瓶内气体温度低于室温，所以瓶内气体慢慢从外界吸热，直至达到室温为止，此时瓶内气体压强也随之增大为。则稳定后的气体状态为III（,,）。从状态II→状态III的过程可以看作是一个等容吸热的过程。由状态I→II→III的过程如图5.1.2所示。 图 图5.1.2 I→II是绝热过程，由绝热过程方程得 （5.1.1） 状态I和状态III的温度均为T0，由气体状态方程得 （5.1.2） 合并式（5.1.1）、式（5.1.2），消去V1、V2 （5.1.3） 由式（5.1.3）可以看出，只要测得、、就可求得空气的绝热指数。 【实验仪器】 一、FD-NCD型空气比热容比测定仪 本实验采用的FD-NCD型空气比热容比测定仪由扩散硅压力传感器、AD590集成温度传感器、电源、容积为1000ml左右玻璃瓶、打气球及导线等组成。如图5.1.3、图5.1. 图 图5.1.3 1.充气阀B 2.扩散硅压力传感器3.放气阀A 4.瓶塞5.AD590集成温度传感器6.电源 （详见图5.1.4 7. 贮气玻璃瓶8.打气球 图 图5.1.4 测定仪电源面板示意 绝热膨胀 1.压力传感器接线端口 2.调零电位器旋钮 3.温度传感器接线插孔 4.四位半数字电压表面板（对应温度） 5.三位半数字电压表面板（对应压强） 1．AD590集成温度传感器 AD590是一种新型的半导体温度传感器，测温范围为-50?C～150?C。当施加＋4V～＋30V的激励电压时，这种传感器起恒流源的作用，其输出电流与传感器所处的温度成线性关系。如用摄氏度t表示温度,则输出电流为 ????????????????????????????????????????????????????????（5.1.4） К?1μA/?C 对于??，其值从273～278μA略有差异。本实验所用AD590也是如此。AD590输出的电流?可以在远距离处通过一个适当阻值的电阻R，转化为电压U，由公式?＝U/R算出输出的电流，从而算出温度值。如图5.1.5。若串接5KΩ电阻后，可产生5ｍＶ／?C的信号电压，接