空气比热容比测定实验介绍

空气比热容比测定实验介绍
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。

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θ0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 0，θ0，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，θ0，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：
2'0'
11V P V P = （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θ0时，原状态为I （P 1，θ0，V 1）体系改变为状态III （P 2，θ0，V 2），应满足：
2011V P V P = （4）
由（3）式和（4）式可得到：
)l o g /(l o g )l o g (l o g 1210P P P P r --= （5）
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5K Ω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 0+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θ0。

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θ0值（室温为θ0）。

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。

实验数据例：
;2000/;2000
/'202'101P P P P P P +=+= )/log(/)/log(2101P P P P r =
（200mv 读数相当于1.000±104Pa ）
r=1.399，理论值r=1.402，百分差很小。

一、概述
本仪器用绝热膨胀法测量空气的比热容比，主要供大专院校普通物理热学与热力学实验教学用。

由于本仪器采用扩散硅压力传感器测量空气压强，用电流集成温度传感器测空气温度，设计先进，结构安全可靠，实验结果精确。

二、用途
1．测定空气的定压比热容与定容比热容之比。

2．观测热力学过程中空气状态变化及基本规律。

3．学习用传感器精确测量气体压强和温度的原理与方法。

三、结构特性
本仪器主要有三部分组成：（1）贮气瓶：它包括玻璃瓶、进气活塞、橡皮塞组成；（2）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；（3）数字电压表两只：三位半数字电压表作硅压力传感器的二次仪表（测空气压强）、四位半数字电压表作集成温度传感器二次仪表（测空气温度）。

扩散硅压力传感器配三位半数字电压表，它的测量范围大于环境气压0～10KPa,灵敏度为20mv/KPa，实验时，贮气瓶内空气压强变化范围约6KPa。

空气温度测量采用电流型集成温度传感器AD590，该半导体温度传感器灵敏度高、线性好，它的灵敏度为1UA/℃。

四、保养和维护
1．实验时硅压力传感器请勿用手压，以免影响测量准确性。

2．玻璃活塞如有漏气，可用乙醚将油脂擦干净，重新涂真空油脂。

3．橡皮塞与玻璃瓶或玻璃管接触部位等处有漏气只需涂703硅化橡胶，即可防止漏气
（硅化橡胶由江苏锡山市后宅前进化工厂生产）。

4．由于硅压力传感器各只灵敏度不完全相同，一台仪器配一只专用传感器，请勿将显示器与压力传感器互换。

五、仪器及附件
1．贮气瓶一只（包括瓶、活塞两只、橡胶塞、打气球）。

2．硅压力传感器及同轴电缆。

3．电流型集成温度传感器及电缆。

4．三位半数字电压表；四位半数字电压表各一只。

用户自备：钾电池四节、5KΩ电阻（或用电阻箱代）一只。