大学物理实验空气比热容比测定实验

大学物理仿真实验报告

软件 04

姚伟

一．实验名称

空气比热容比测定

二．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。三．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

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：

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：

由（3）式和（4）式可得到：

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。

四．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。

五．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。

六．数据记录与分析

（200mv读数相当于1.000±104Pa）

r=1.371，理论值r=1.402，百分差2.2％，比较小。

七．实验小结

1．本实验测定空气的比热容比，在实验操作过程中，一定要等到贮气瓶中压强稳定再进行读数，否则会引起较大误差。

2．在实验开始之前，应注意把调零电位器调至零点，否则对实验引起一定误差。

3．实验过程中，应按照实验步骤严格有序的进行实验，并认真记录实验数据，保持严谨求实的实验作风。