FD-NCD空气比热容比测定仪说明书

FD-NCD
空气比热容比测定仪
说
明
书
上海复旦天欣科教仪器有限公司
中国上海
一、概述
本仪器用绝热膨胀法测量空气的比热容比，主要供大专院校普通物理热学与热力学实验教学用。

由于本仪器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，设计先进，结构安全可靠，实验结果精确。

二、用途
1、测量空气的定压比热容与定容比热容之比。

2、观测热力学过程中空气状态变化及基本规律。

3、学习用传感器精确测量气体压强和温度的原理与方法。

三、结构特性
本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（测空气温度）。

扩散硅压力传感器配三位半数字电压表，它的测量范围大于环境气压0--10KPa，灵敏度为20mV/KPa。

实验时，贮气瓶内空气压强变化范围约6KPa。

空气温度测量采用电流型集成温度传感器AD590，该半导体温度传感器灵敏度高、线性好，它的灵敏度为1uA/C0。

四、保养和维护
1、实验时硅压力传感器请勿用手压，以免影响测量准确性。

2、玻璃活塞如有漏气，可用乙醚将油脂擦干净，重新涂真空油脂。

3、橡皮塞与玻璃瓶或玻璃管接触部位等处有漏气只需涂704硅化橡胶，即
可防止漏气（硅化橡胶由江苏锡山市后宅前进化工厂生产）。

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。

五、仪器及附件
1、贮气瓶一只（包括瓶、活塞二只、橡皮塞、打气球）。

2、硅压力传感器及同轴电缆。

3、电流型集成温度传感器及电缆。

4、三位半数字电压表；四位半数字电压表各一只。

用户自备：钾电池四节、5KΩ电阻（或电阻箱代）一只。

空气比热容比测定实验介绍目的：
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。

原理：
对理想气体的定压比热容Cp和定容比热容Cv之关系由下式表式：
Cp-Cv=R （1）
（1）式中，R为气体普适常数。

气体的比热容比r值：
r=Cp/Cv （2）
气体的比热容比现称为气体的绝热系数，它是一个重要的物理量，r值经常出现在热力学方程中。

测量r值的仪器如图〈一〉所示。

实验时先关闭活塞C2，将原处于环境大气压强Po、室温
θ的空气从活塞C1处把空气送入贮气瓶B内，这时瓶内空气压
强增大。

温度升高。

关闭活塞C1，待稳定后瓶内空气达到状态I（P1、
θ、V1）,V1
为贮气瓶容积。

然后突然打开阀门C2，使瓶内空气与大气相通，到达状态II（P1、
θ、V1）
后，迅速关闭活塞C2，由于放气过程很短，可认为是一个绝膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低。

绝热膨胀过程应满足方程：
P1〃1'V=P0〃V'
（3）
1
在关闭活塞C2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升高温度
θ时，原状态
为I（P1、
θ、V1）体系改变为状态III（P2、0θ、V2），应满足：
P1〃V1=P2〃V2 （4）
由（3）和（4）式可得到：
r =（logPo-logP1）/（logp2-logP1）（5）利用（5）式可以通过测量P0、P1和P2值，求得空气的比热容比r值。

实验装臵：
图〈一〉实验装臵中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-50C0至150C0。

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/C0，若串接5KΩ电阻后，可产生5mV/C0的信号电压，接0--2V量程四位半数字电压表，可检测到最小0.02C0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。

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，用水银温度计测环境室温0 。

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。

1、进气活塞C1
2、放气活塞C2
3、AD590
4、气体压力传感器
5、704胶粘剂（由用户自备）
图〈一〉
图〈二〉
压强 调零 温度 电源
2
AD590
6V
5K Ω
测
量 端
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P'
1和温度
θ值（室温为0θ）
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
θ时记下贮气瓶内气体的压强P'2。

5、用公式（5）进行计算，求得空气比热容比值。

实验数据例：
P1=P0+ P
1' /2000；P2=P0+P'
2
/2000;
r= log(P1/P0) / log(P1/P2)
(200mV读数相当于1.000+104Pa)
r=1.399，理论值r=1.402，百分差很小。

注意事项：
1、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。

2、实验要求环境温度基本不变，如发生环境温度不断下降情况，可在远离实验仪适当加温，以保证实验正常进行。

附：
1、密封装配后必须等胶水变干且不漏气，方可做实验；
2、打气球橡胶管插入前可先沾水(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甲电池串联到6V直流电源；
4、压力传感器头与测量仪器(主机)配套使用，上有号码相对应，各
台仪器之间不可互相换用。

关于空气比热（II型）内接电源的使用说明我公司根据客户的要求生产一批内接标准5K测量电阻和6V基准稳压源及外接6V甲电池和电阻箱。

使用时如果采用内接电阻和电源，则把机箱后面的船型开关接向内这一边即可。

这时把AD590输出端的红、黑分别接在面板的红、黑输入端，即可进行测量。

如果实验需要改变测量电阻，则把机箱后面的船型开关接向外这一边，在外面把甲电池、测量电阻、AD590串联起来，把测量电阻二端分别接在面板的红、黑输入端即可进行测量。