空气比热容比的实验报告

空气比热容比的测量

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集成温度传感器的原理及使用方法。实验原理：

对理想气体的定压比热容C

p 和定容比热容C

v

之关系由下式表示：

C

p —C

v

=R （1）

（1）式中，R为气体普适常数。气体的比热容比r值为：

r= C

p /C

v

(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C

2

，将原处于环境大气

压强P

0、室温θ

的空气从活塞C

1

，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C

1，待稳定后瓶内空气达到状态I（P

，θ

，V

1

），

V

1

为贮气瓶容积。

然后突然打开阀门C

2，使瓶内空气与大气相通，到达状态II（P

1

，θ

，V

1

）

后，迅速关闭活塞C

2

，由于放气过程很短，可认为是一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低，绝热膨胀过程应满足方程：

P1V1’=P0V2’（3）

在关闭活塞C

2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度θ

时，原状态为I

（P

1，θ

，V

1

）体系改变为状态III（P

2

，θ

，V

2

），应满足：

P1V1=P0V2（4）

由（3）式和（4）式可得到：

r=（log P0-log P1）/（log P2-log P1）

利用（5）式可以通过测量P

0、P

1

和P

2

值，求得空气的比热容比r值。

实验装置：

图〈一〉实验装置中1为进气活塞塞C

1，2为放气活塞C

2

，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-50℃至150℃。AD590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1μA/℃，若串接5KΩ电阻后，可产生5mv/℃的信号电压，接0～2V量程四位半数字电压表，可检测到最小0.02℃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。当待测气体压强为环境大气压P

时，数字电压表显示为0；当待测气体压强为

P

+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P

0，用水银温度计测环境室温θ

。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表示值调到0。

2．把活塞C

2关闭，活塞C

1

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，压强P

1和温度θ

值（室温为θ

）。

3．突然打开活塞C

2，当贮气瓶的空气压强降低至环境大气压强P

时（这

时放气声消失），迅速关闭活塞C

2

。

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。

实验数据处理：

（200mv读数相当于 1.000±104Pa）

r=1.400，理论值r=1.402，百分差很小

实验总结：

1.这次物理仿真实验，因为读数总是来跳转的变换，难以稳定到一个绝得的值。所以在以后的实验过程中一定要熟练的掌握各种仪器的用法，这样就能保证在一个相对准确的时间内得到可靠的数据、

2.数据处理比较复杂，需要细心耐心的读数并计算。

3.对于实验，可以预先练习1次，然后再正式进行测量计算，得到数据可靠，不然由于手生容易浪费时间使得实验结果又误差。

P 0(105Pa ） P ’1(mv) T ’1(mv) P ’2(mv) T ’2(mv) P 1(±105Pa ） P 2(±105Pa) r

1.01

114.2 2410.6 90.7 2410.3 1.067 1.055 1.405 119.7 2411.1 102.1 2410.5 1.069 1.061 1.399 105.2 2410.6 75.9 2410.5 1.063 1.048 1.409 79.7

2410.5

41.8

2410.4 1.050

1.031

1.387