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与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 与定容比热容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,它就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,可认为就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)式与(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

与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,它就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

0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。用压力传感器与AD590温度传感器测量空气的压强与温度,记录瓶

内压强均匀稳定时,压强P

1与温度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 0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θ0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)

P 0(105

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

Pa) 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

实验总结:

1.这次物理仿真实验,因为读数总就是来跳转的变换,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。