空气比热容比测定及计算方法.doc

1实验实验五五 空气比空气比热热容比容比测测定定预习要求：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）、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、一、实验实验目的：目的：1、用、用绝热绝热膨膨胀胀法法测测定空气的比定空气的比热热容比2、 、观测热观测热力学力学过过程中状程中状态变态变化及基本物理化及基本物理规规律3、学、学习习气体气体压压力力传传感器和感器和电电流型集成温度流型集成温度传传感器的原理及使用方法感器的原理及使用方法二、二、实验实验装置：装置：1、 、进进气活塞气活塞 C1 2、放气活塞、放气活塞 C2 3、 、AD590 4、气体、气体压压力力传传感器感器 5、胶粘、胶粘剂剂图图〈 〈一一〉 〉 图图〈 〈二二〉 〉35412压强 调零 温度 电源3512AD5906V5KΩ2图图〈 〈一一〉 〉实验实验装置中装置中 3 为电为电流型集成温度流型集成温度传传感器感器 AD590，它是新型半，它是新型半导导体温度体温度传传感器，温感器，温度度测测量灵敏度高，量灵敏度高，线线性好。

性好AD950 接接 6V 直流直流电电源后源后组组成一个成一个稳稳流源，流源，见图见图〈 〈二二〉 〉，它的，它的测测温灵温灵敏度敏度为为 1uA/℃℃，若串接，若串接 5K电电阻后，可阻后，可产产生生 5mV/℃℃的信号的信号电压电压，接，接 0--2V 量程四位半数字量程四位半数字电压电压表，可表，可检测检测到最小到最小 0.02℃℃温度温度变变化；化；4 为为气体气体压压力力传传感器探感器探头头，由同，由同轴电缆线输轴电缆线输出信号，与出信号，与仪仪器内的放大器及三位半数字器内的放大器及三位半数字电压电压表相接当待表相接当待测测气体气体压强为压强为 P0+10.00KPa 时时，数字，数字电压电压表表显显示示为为 200mV， ，仪仪器器测测量气体量气体压强压强灵敏度灵敏度为为 20mV/KPa， ，测测量精度量精度为为 5Pa三、三、实验实验原理：原理：单单位位质质量的物量的物质质，其温度升高，其温度升高 1K（或（或 1℃℃）所需）所需热热量叫做量叫做该该物物质质的比的比热热容气体比容气体比热热容容对对应应于不同的受于不同的受热过热过程有定程有定压压比比热热容容 Cp 和定容比和定容比热热容容 Cv。

其比其比值为值为比比热热容比：容比：r=Cp/Cv 在在热热力学力学过过程特程特别别是是绝热过绝热过程中是一个重要的物理量气体的比程中是一个重要的物理量气体的比热热容比容比现现称称为为气体的气体的绝热绝热系数如如图图〈 〈一一〉 〉所示，以所示，以贮贮气瓶内空气作气瓶内空气作为为研究的研究的热热学系学系统统实验时实验时先打开放气先打开放气阀阀 C2， ，贮贮气瓶气瓶与大气相通，再关与大气相通，再关闭闭 C2，瓶内充，瓶内充满满与周与周围围空气同温同空气同温同压压的气体 打开充气打开充气阀阀 C1，用充气球向瓶内打气，将原，用充气球向瓶内打气，将原处处于于环环境大气境大气压强压强 P0、室温、室温 T0 的空气从活的空气从活塞塞 C1 处处送入瓶内关送入瓶内关闭闭 C1， ，这时这时瓶内空气被瓶内空气被压缩压缩， ，压强压强增大，温度升高等待内部气体温度增大，温度升高等待内部气体温度稳稳定，即与周定，即与周围围温度平衡，瓶内气体温度平衡，瓶内气体处处于状于状态态 I（ （P1、 、T0、 、V1）然后迅速打开放气然后迅速打开放气阀阀 C2，使瓶内空气与大气相通，当瓶内，使瓶内空气与大气相通，当瓶内压强压强降至降至 P0 时时，迅速关，迅速关闭闭C2，将有体，将有体积为积为⊿V⊿V 的气体的气体喷喷泻出泻出贮贮气瓶。

由于放气气瓶由于放气过过程很短，瓶内保留的气体来不及与外界程很短，瓶内保留的气体来不及与外界进进行行热热交交换换，可，可认为认为是一个是一个绝热绝热膨膨胀过胀过程瓶内保留气体程瓶内保留气体压强压强减小，温度降低，到达状减小，温度降低，到达状态态II（ （P0、 、T1、 、V2）V2 为贮为贮气瓶体气瓶体积积， ，V1 为为保留在瓶中保留在瓶中这这部分气体在状部分气体在状态态 I 时时的体的体积积绝热绝热膨膨胀过胀过程程应满应满足足绝热绝热方程：方程：P1·=P0· （ （1） ）1rV2rV在关在关闭闭 C2 后，由于瓶内气体温度低于室温，将从外界吸后，由于瓶内气体温度低于室温，将从外界吸热热，温度升高，到室温，温度升高，到室温 T0 为为止，止，瓶内气体瓶内气体压强压强也随之增大到也随之增大到 P2， ，稳稳定后状定后状态为态为 III（ （P2、 、T0、 、V2）从状态态 II 至状至状态态 III 的的过过程程3可看作是一个等容吸可看作是一个等容吸热过热过程总总之，由状之，由状态态 I 至状至状态态 II 至状至状态态 III 的的过过程如程如图图（ （a）（）（b）所示。

所示原状原状态为态为 I（ （P1、 、T0、 、V1）体系改）体系改变为变为状状态态 III（ （P2、 、T0、 、V2），温度不），温度不变变，由气体状，由气体状态态方程方程可得：可得： P1·V1=P2·V2 （ （2） ） 合并（合并（1）和（）和（2）式，消去）式，消去 V1、 、V2 可得：可得： r =（ （logPo-logP1） ）/（ （logP2-logP1） ） （ （3） ）由（由（3）式可以看出，只要）式可以看出，只要测测量量 P0、 、P1 和和 P2 值值，就可求得空气比，就可求得空气比热热容比容比 r 的的值值四、四、实验实验内容：内容：1、按、按图图〈 〈一一〉 〉接好接好仪仪器的器的电电路，路，AD590 的正的正负负极极请请勿接勿接错错开启电电源，将源，将电电子子仪仪器部分器部分预预热热 20 分分钟钟，然后用，然后用调调零零电电位器位器调节调节零点，把三位半数字零点，把三位半数字电压电压表示表示值调值调到到 0记记下大气下大气压强压强P02、把活塞、把活塞 C2 关关闭闭，活塞，活塞 C1 打开，用打气球把空气打开，用打气球把空气稳稳定地徐徐定地徐徐进进入入贮贮气瓶内，用气瓶内，用压压力力传传感器和感器和 AD590 温度温度传传感器感器测测量空气的量空气的压强压强和温度，和温度，记录记录瓶内瓶内压强压强均匀均匀稳稳定定时压强对应电压值时压强对应电压值和温度和温度对应电压值对应电压值 T0。

' 1P3、突然打开活塞、突然打开活塞 C2，当，当贮贮气瓶的空气气瓶的空气压强压强降低至降低至环环境大气境大气压强压强 P0 时时（ （这时这时放气声消失）放气声消失），迅速关，迅速关闭闭活塞活塞 C24、当、当贮贮气瓶内空气的温度上升至室温气瓶内空气的温度上升至室温 T0 时记时记下下贮贮气瓶内气体的气瓶内气体的压强压强 P2 和温度和温度对应电对应电压值压值5、用公式（、用公式（3） ）进进行行计计算，求得空气比算，求得空气比热热容比容比值值4五、注意事五、注意事项项： ：1、 、贮贮气瓶加气瓶加压压大小不能超大小不能超过过 150mV2、 、实验实验内容内容 3 打开活塞打开活塞 C2 放气放气时时，当听到放气声，当听到放气声结结束束应应迅速关迅速关闭闭活塞，提早或推活塞，提早或推迟迟关关闭闭活塞活塞 C2，都将影响，都将影响实验实验要求，引入要求，引入误误差由于数字差由于数字电压电压表尚有滞后表尚有滞后显显示，如用示，如用计计算机算机实时测实时测量，量，发现发现此放气此放气时间约时间约零点几秒，并与放气声零点几秒，并与放气声产产生消失很一致，所以关生消失很一致，所以关闭闭活塞活塞 C2 用听声更可用听声更可靠些。

靠些 3、做完、做完实验实验，活塞，活塞 C1、 、C2 放置于放置于竖竖直直导导通状通状态态4、由于硅、由于硅压压力力传传感器各只灵敏度不完全相同，一台感器各只灵敏度不完全相同，一台仪仪器配一只器配一只专专用用传传感器，感器，请请勿将勿将显显示器与示器与压压力力传传感器互感器互换换六、六、实验实验数据：数据：P1=P0+/20mv； ；P2=P0+/20mv;' 1P' 2Pr= log (P1/P0) / log(P1/P2)P0(KPa)P1(m'V)T0 (mV)P2(mV)'T0(m'V)P1(KPa)P2(KPa)r温度温度=电压值电压值/5mV-273= （ （℃℃） ）， ， 理理论值论值 r=1.402，百分，百分误误差差 r 01000rr Er 。