空气绝热指数的测定实验

空气绝热指数的测定实验
一、实验目的
1。

通过测量绝热膨胀和定容加热过程中空气的压力变化，计算空气绝热指数。

2。

理解绝热膨胀过程和定容加热过程以及平衡态的概念。

3。

掌握差压计的使用。

二、实验原理
气体的绝热指数定义为气体的定压比热容与定容比热容之比，以K 表示，即p v
c k c =。

本实验利用定量空气在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气的绝热指数K.实验过程的P —V 图如图1所示。

图中AB 为绝热膨胀过程；BC 为定容加热过程。

AB 为绝热过程，
1122
k k
p v p v = (1） BC 为定容过程，
23v v = （2）
假设状态A 和C 温度相同，则23T T =。

根据理想气体的状态方程,对于状态A 、C 可得：
1133p v p v = （3）
将（3）式两边K 次方得：
()
()1133k
k
p v p v = （4)
由(1)、（4）两式得，1132k
p p
p p ⎛⎫= ⎪⎝⎭
,再两边取对数,得：
1213ln ln p p k p p ⎛
⎫
⎪⎝
⎭=⎛⎫ ⎪⎝
⎭
(5）
因此，只要测出A 、B 、C 三状态下的压力123,,p p p 且将其代入（5)式,即可求得空气的绝热指数k 。

三、实验装置
空气绝热指数测定仪由刚性容器，充气阀、排气阀和U 型差压计组成,如图2所示。

空气绝热指数测定仪以绝热膨胀和定容加热两个基本热力过程为工作原理，测出空气绝热指数.整个仪器简单明了，操作简便，有利于培养学生运用热力学基本和公式从事实验设计和数据处理的工作能力，从而起到巩固和深化课堂教学内容的实际效果.
四、实验步骤
实验对装置的气密性要求较高。

因此，在实验开始时，应检查其气密性。

通过充气阀对刚性容器充气，使U 型压差计的水柱h ∆达到2200mmH O 左右,记下h ∆值，5分钟后再观察h ∆值，看是否发生变化。

若不变化，说明气密性满足要求；若变化,说明装置漏气。

若漏气,检查管路连接处，排除漏气。

若不能排除,则报告老师做进一步处理。

此步骤一定要认真，否则将给实验结果带来较大的误差。

气密性检查完毕后可开始实验。

分以下几步进行：
首先使大容器内的气体达到状态A 点。

关闭放气阀，利用充气阀(即橡皮球)进行充气。

使U 型差压计的两侧有一个比较大的差值。

等待一段时间，U 型差压计的读数不再变化以后，记录下这时U 型差压计的读数1h ，则11a p p h =+，a p 为大气压力.
然后进行放气使大容器内的气体由A 点达到状态B 点。

这是一个绝热过程,因此放气的过程一定要快，使放气过程中容器内气体和外界的热交换可以忽略。

转动排气阀进行放气,并迅速关闭排气阀。

这时U 型差压计内读数在剧烈震荡不易读数，等U 型差压计读数刚趋于稳定时立刻读出2h 值,22a p p h =+。

继续等待U 型差压计的读数变化。

等到读数稳定后,读取3h 值，33a p p h =+。

稳定过程需要几分钟。

利用k_check 。

exe 软件检查所测的实验数据，（k_check 软件使用方法，程序运行后，根据提示首先输入大气压值a p ，然后依次输入1h ，2h ，3h 值，程序就会给出计算出的绝热指数K 。

如果有几组数据需要检查,继续输入下一组1h ，2h ,3h 值即可）。

根据软件给出的结果总结操作中应该注意的问题。

重复上述步骤，多做几遍，进行数据处理.
K =1.27
六、思考问题：
1。

放气操作时应注意什么？原因是什么？
答：放气操作应尽可能快速完成操作,这样才能保证过程中气体与外界的热交换量尽可能少，从而尽可能是放热过程是绝热的.
2。

把实验结果与标准值做比较，并分析造成误差的原因是什么.
答：本实验结果与空气绝热指数标准值1.40相比偏小。

误差来源:1.放气过程容器内空气与外界从在一定的热量交换；2.读数不准造成误差。

3。

实验操作中的一个难点是读2h 值，试分析2h 的误差对结果的影响。

答：在放气过程结束后尽快的读取h 2.由于人的反应及其它各种原因，会导致读数过快过慢或过快,从而引起误差.
误差分析：绝热系数满足:
1
2
1
3
ln
ln
p
p k
p
p
⎛⎫
⎪
⎝⎭=
⎛⎫
⎪
⎝⎭
而P2正比于h2，测量过慢会导致h2偏小，从而计算得绝热系数值偏小;反之，测量过快，导致h2偏大,从而计算得绝热系数值偏大。