空气比热容的测定.docx

空气比热容比测定实验
在热学中比热容比是一个基本物理量。过去,由于实验测量手段的原因使得对它的测量误差较大。现在通过先进的传感器技术使得测量便得简单而准确。本实验通过压力传感器和温度传感器来测量空气的比热容比。
一、实验目的
用绝热膨胀法测定空气的比热容比。
观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。
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。
二、实验仪器
机箱(含数字电压表二只)、贮气瓶、传感器两只(电流型集成温度传感器AD590和扩散硅压力传感器各一只)
3
5
4
1
2
压强调零温度电源
3
5
1
2
图1 空气比热容比测定实验装置图

三、实验原理
对1 mol理想气体的定压比热容和定容比热容之关系由下式表式:
(1)
(1)式中,R为气体普适常数。气体的比热容比值:
(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,值经常出现在热力学方程中。测量值的仪器如图1所示,以到达状态II后贮气瓶内剩余的空气作为研究对象,进行如下实验过程:(其中P0为环境大气压强,T0为室温,V2表示贮气瓶体积)
先打开放气阀C2,贮气瓶与大气相通,再关闭C2,瓶内充满与周围空气等温等压的气体。
打开充气阀C1,用充气球向瓶内打气,充入一定量的气体,然后关闭充气阀C1。此时瓶内空气被压缩,压强增大,温度升高。等待内部气体温度稳定,此时的气体处于状态I(P1,V1,T1)。因瓶内气体压强增大,T1不完全等于T0。(注:V1小于V2,此时瓶中还有研究对象以外气体)
迅速打开放气阀C2,使瓶内气体与大气相通,当瓶内压强降至P0时,立刻关闭放气阀C2,由于放气过程较快,气体来不及与外界进行热交换,可以近似认为是一个绝热膨胀过程。此时,气体由状态I(P1,V1,T1)转变为状态II(P0,V2,T2)。
由于瓶内气体温度T2低于初温T1,所以瓶内气体慢慢从外界吸热,直至达到初温T1为止,此时瓶内气体压强也随之增大为P2,气体状态变为III(P2,V2,T1)。从状态II至状态III的过程可以看作是一个等容吸热的过程。
状态I→状态II→状态III的过程如图(a)、(b)所示。
状态I
状态II
状态III
绝热膨胀
等容吸热
(a)
P
I()
III()
等温线
绝热线
II()
V
O
(b)
图2 实验过程状态分析
状态I→状态II是绝热过程,由绝热过程方程得
(3)
状态I和状态III的温度均为,由气体状态方程得
(4)
合并式(3)、(4),消去、得
(5)
由式(5)可以看出,只要测得、、就可求得空气的。
测
量
端
AD590
6V
AD590测温原理:
图3 AD590温度传感器测温原理图
AD590接6V直流电源后组成一个稳流源,见图3,它的测温灵敏度为1μA/℃,若串接电阻后,可产生5mV/℃的信号电压,接0~2000mV量程四位半数字电压表,℃。若电压表示值为U,以mV为单位,则其测量所得的温度为℃。
四、实验步骤
按图3接好仪器的电路,AD590的正负极不能接错。用