实验报告-空气比热容比的测量

大学物理实验报告

实验3-5 空气比热容比的测量

一、实验目的：

测量室温下的空气比热容比

二、实验原理：

理想气体的定压摩尔热容为

p

C ，定容摩尔热容为

v

C ，气体的比热容比γ值

为：

v p

C C =

γ，γ又称摩尔热容比。

瓶内贮入气体后，将瓶内的气体看成由两部分组成，一部分是放气后进入大气的气体，另一部分是放气前在瓶内具有体积V1，放气后，这部分气体充满贮气瓶，体积为V2，以放气后留在瓶内的这部分气体为系统，实验中系统经三个状态，

Ⅰ−−−→−绝热膨胀),,(011T V P Ⅱ−−−→−定容升温

),,(20x T V P Ⅲ），，（022T V P

由于气体处于状态Ⅰ和状态Ⅲ时，气体的量不变，温度相同时应有

2211V P V P =，另外状态Ⅰ至状态Ⅲ是绝热过程，应有γ

γ2011V P V P =，此二式联立解

得

121

0lg lg lg lg P P P P --=

γ（3-5-3）

所以只要测出环境大气压强0

P 和瓶内气体初末态的压强1P 、2P ，即可通过

上式求出气体的比热容比。

三、实验器材：

储气瓶一套（包括玻璃瓶、活塞两只、橡皮球、打气球）、两只传感器（扩散硅压力传感器和电流型集成温度传感器AD590各一只）、测量空气压强的三位半数字电压表、测空气温度的四位半数字电压表、连接电缆以及电阻。

四、实验步骤：

（1）按图3-5-2接线，注意AD590的正负极。用Forton 式气压计测定大气压强，

P 用水银温度计测环境温度

T 。

（2）开启电源，将电子仪器部分预热20min ，然后用调零电位钮调节零点，

把三位半数字电压表示值调到0。

（3）将2C 关闭，与打气手球相连的活塞1C 打开，用打气球把空气稳定地徐徐输入贮气瓶内，关闭活塞1C ，稳定后测量并记录此时温度（该温度即为瓶内气体的温度，也为室温T0（℃），此温度在电压表上显示为0T '

，再测量并记录

瓶内压强1P ' (电压表示数)。

（4）突然打开活塞2C ，当贮气瓶的空气压强降低至环境大气压强0

P 时(这

时放气声消失)，迅速关闭2C 。

（5）当贮气瓶内空气稳定，温度上升至室温

T 时记下贮气瓶内气体的压强

2P '。

（6）记录完毕后，打开2C 放气，当压强显示降到“0”时关闭2C 。 （7）重复步骤2~6。

（8）用式（3-5-3）进行计算，求得空气比热容比值。

五、数据记录

（1）参考表3-5-1记录实验数据

周围大气压强0

p =1.013×105

Pa ；实验开始前的室温0T = 31℃ 。

（2）计算空气比热容比的平均值和标准偏差，给出测量结果。

（3）计算提早或推迟关闭放气阀门C2时的空气比热容比值，并与正常关闭计算结果进行比较，分析提早或推迟关闭放气阀门C2对测量结果有何影响。

六、数据处理

根据公式4010200

⨯+

=U

p p （Pa)可得测量得到的压强值，状态I 和状态III 气体实际压强计算所得的数值如附表3-5-1中所示.根据测量计算所得的数值带入公式3-5-3算出每组数据的空气比热容比γ值.计算所得结果如附表3-5-1所示.

再根据正常关闭所测量的数据，可以计算标准差，即：

2

)(2i o S γγ-∑=

=2

34.123.103.132.123.1-23.12

22）（）（）（-+-+=0.0004

所以比热容比γ=γ0±0.=1.32±0.0004

根据所得数据，对比正常关闭阀门和提前关闭阀门的数值，可以看出提前关闭阀门C2所得到状态III 的压强比正常关闭阀门C2所得到的状态III 的压强要大很多，而两者状态I 的压强在误差允许下基本相同.故在计算空气比热容比γ值时会看到提前关闭阀门的空气比热容比γ值会比正常关闭阀门的空气比热容比γ值大.而对比正常关闭阀门和推迟关闭阀门，则可以看到推迟关闭阀门的空气比热容比γ值比正常关闭阀门的空气比热容比γ值要小.由此可以得出关闭阀门的时间控制会影响实验的空气比热容比γ值大小的结果。

七、误差分析

1、气体受热易膨胀，体积变大。而气体体积变化对比热影响较大。气体的比热容和气体的热膨胀有密切关系，在体积恒定与压强恒定时不同，造成测得的数据有一定的误差。

2、人为操作存在局限性，难以精确捕捉到气体的细微变化，使得测量数据有误差。

八、思考题

1、怎样做才能在几次重复测量中保证P1的数值大致相同？这样做有何好处？若P1的数值很不同，对实验有无影响？

答：关键是容器绝热效果要好。另外每次的程序完成时间、环境要相同，实验数据大致相同，说明偶然误差小，才有说服力。

2、打开活塞C2放气时，若提前关闭或滞后关闭活塞，各会给实验结果带来什么影响？

答：提前关闭会使测量结果偏大，滞后关闭会使测量结果偏小。

3、环境温度的逐渐升高或下降会对实验结果产生什么影响？

答：环境温度的逐渐升高或下降都会导致实验是状态I所测量的P1值不同，而温度升高，空气的密度会减少，测量得到的比热容应该相对较小。相反，而温度下降，空气的密度会增加，测量得到的比热容应该相对较大。

4、本实验的误差来源于哪几个方面？最大误差是哪个因素造成的？怎样减少误差？

答：实验装置漏气、关闭活塞时间的控制。其中最大误差是关闭活塞时间的控制造成。可多测量几组数据，求平均值来减少误差。