空气比热容比测定实验

空气比热容比测定实验

空气比热容比测定实验

仪器介绍：

本实验主要采用扩散硅压力传感器测量空气压强，用电流集成温度传感器测空气温度。仪器主要由三部分组成：（1）贮气瓶：它包括玻璃瓶，进气活塞，橡皮塞等组成；（2）传感器：扩散硅压力传感器和电流型集成温度传感器AD590各一只；（3）数字电压表二只：三位半数字电压表作硅压力传感器的二次仪表（测量空气压强），四位半数字电压表作集成温度传感器二次仪表(测量空气温度)。

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继承温度传感器的原理及使用方法。

实验仪器：

贮气瓶（包括瓶，活塞二只，橡皮塞，打气球），硅压力传感器，电流集成型温度传感器，三位半数字电压表，四位半数字电压表，6V钾电池，电阻箱

实验原理：

对理想气体的定压比热容CP和定容比热容CV之间的关系由下式表示：

CP=CV+R （1）

（1） 中的R为气体普适常量，气体的比热容比r值：

= CP / CV （2）

气体的比热容比也可称为绝热系数（绝热因子），这是一个重要的物理量，经常出现在热力学方程中。如图（一）所示，我们以贮气瓶内空气为研究的热学系统，进行如下实验来测定空气的比热容比：

（1）首先打开放气阀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。

（2）开充气阀C1,用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀C1,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（P1,V1,T0）.

（3）迅速打开放气阀C2，使瓶内气体与大气相通，当瓶内压强降至P0时，立刻关闭放气阀C2,将有体积为△V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。在此过程后瓶中保留的气体由状态（IP1，V1，T0）转变为状态II（P0，V2，T1），V2为贮气瓶体积，V1为保留在贮气瓶中的这部分气体在状态I（P1，T0）时的体积。

（4）由于贮气瓶中气体温度T1低于室温T0，所以瓶内气体慢慢从外界吸热，直至到达室温T0为止，此时瓶内气体压强也随之增大为P2，则稳定后的气体状态III（P2，V2，T0）从状态II→状态III的过程可以看作是一个等容吸热的过程，总之，由状态I→II→III的过程如图（a），（b）所示，

I→II是绝热过程，有绝热过程方程得： P1V1 = P0V2

状态I和状态II的温度均为T0，由气体状态方程得：

P1V1= P2V2

空气比热容比测定实验

合并上两式，消去V1，V2得：

=

lnP1-lnP0lnP1-lnP2

ln(P1/P0)ln(P1/P2)

由上式可知，测的P0，P1，P2就可以求出空气的 。

（a）

(b)

图（一）实验装置中1为进气活塞C1，2为放气活塞C2，3为电流集成温度传感器AD590,它是新型半导体温度传感器，温度测量灵敏度高，线性好，测温范围为－50OC至150OC。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1 A/OC,若串接一个5K 的电阻后，可产生5mV/OC的信号电压，接0-1.9999V量程四位半数字电压表，可检测到最小0.02OC温度变化；4位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，当代测气体压强位P0+10.00KPa时，数字电压表显示位200mv/KPa，仪器测量气体压强灵敏度为20mv/kpa.测量精度为5Pa。

图 一 图 二 图 （一）：（1、进气活塞C1 2、放气活塞 3、AD590 4、气体压力传感器 5、胶粘剂）

空气比热容比测定实验

实验内容：

1． 按图（一）接好仪器的电路，AD590的正负极请勿接错，用forton式气压计测定大气压

强P0，用水银温度计测量环境室温，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值调到0。

2． 把活塞错C2关闭，活塞C1打开，用打气球把空气稳定的徐徐进入贮气瓶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的压强P1和温度。

3． 突然打开活塞C2，当贮气瓶的空气压强降低至环境打气压强时，迅速关闭活塞C2. 4． 当贮气瓶内空气的温度上升至室温时记录下贮气瓶内气体的压强P2。 5． 用公式（5）进行计算，求得空气比热容比值。

实验数据：

P1=P0+P1’/2000 P2=P0+P2’/2000 =log(P1/P0)/log(P1/P2)

4注意事项：

1. 实验在打开活塞C2放气时，当听到放气声时应该立即迅速关闭活塞，提早或推迟关闭活塞C2，都将影响实验要求，引入误差，由于数字电压表上滞后显示，如用计算机实时测量，发现放气时间约为零点几秒，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。 2. 实验要求环境温度不变，如发生环境温度不断下降情况，可在远离实验仪器的地方适当加温，以保证实验正常进行。 3． 实验过程中，不能拉动导线。

附录：

1． 密封装配后必须等胶水变干且不漏气，方可做实验。 2． 打气球橡胶关插入前可先蘸水（或肥皂水），然后轻轻推入二通，以防止断裂； 3． 外接电池可采用四节钾电池串连到6V直流电源。

4． 压力传感器头与测量仪器配套使用，各台仪器之间不可互相换用。