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空气压强实验报告
篇一:实验报告空气比热容比的测定
1. 实验名称
空气比热容比的测定 2. 实验目的
(1)了解绝热、等容的热力学过程及有关状态方程。(2)测定空气的比热容比。
3. 实验原理:主要原理公式及简要说明、原理图
(1)热力学第一定律及定容比热容和定压比热容热力学第一定律:系统从外界吸收的热量等于系统内能的增加和系统对外做功之和。考虑在准静态情况下气体由于膨胀对外做功为dA?PdV,所以热力学第一定律的微分形式为
dQ?dE?dA?dE?PdV (1)
定容比热容Cv是指1mol的理想气体在保持体积不变的情况下,温度升高1K所吸收的热量。由于体积不变,那么由(1)式可知,这吸收的热量也就是内能的增加(dQ=dE),所以
?dQ?dE
?Cv???dT??dT(2) ??v
由于理想气体的内能只是温度的函数,所以上述定义虽然是在等容过程中给出,实际上
任何过程中内能的变化都可以写成d E =CvdT
定压比热容是指1mol的理想气体在保持压强不变的情况下,温度升高1K所吸收的热量。即
?dQ?
?(3) Cp???dT???p
由热力学第一定律(3)式,考虑在定压过,就有
dV?dQ??dE?
??????p(4)
dT?dT?p?dT?p
由理想气体的状态方程PV=RT可知,在定压过程中入(4)式,就得到定压比热容与定容比热容的关系
dVRdE
?,又利用?Cv代dTPdT
Cp?Cv?R(5)
R是气体普适常数, J / mol· K,引入比热容比?为
??Cp/Cv(6)
在热力学中,比热容比是一个重要的物理量,它与温度无关。气体运动理论告诉我们,
?与气体分子的自由度f
有关
??
例如,对单原子气体(Ar、He)
f?2
(7) f
f?3,??(N2、H2、O2)f?5
??,对多原子气体(CO2、CH4)f?6,??
(2)绝热过程
系统如果与外界没有热交换,这种过程称为绝热过程,因此,在绝热过程中,dQ=0。所以由热力学第一定律有
dA??dE或PdV??CvdT(8)
由气态方程PV?RT,两边微分,得 PdV?VdP?RdT(9)
(8)、(9)两式中消去dT,得
PdV?VdP??
两边除PV,即得
RdV
CvV
dPdV???0(10) PV
对(10)式积分,就得到绝热过程的状态方程
PV??常数(11)
利用气态方程PV?RT,还可以得到绝热过程状态方程的另外两种形式:
TV??1?常数(12) P??1T???常数(13)

用一个大玻璃瓶作为贮气瓶。
(1)实验开始时,先打开放气阀B和进气阀A,打开充气开关(左旋充气球阀门C),使贮气与大气相通。将仪器显示的气压差数调零(注意,仪器显示的是贮气瓶内气压与大气压P0的差)。
(2)然后关闭放气阀B,关闭充气开关(右旋拧紧气阀C),用打气球向瓶内送气,使瓶内气压上升,瓶中空气的温度也上升。当瓶内气压比大气压高5~6kPa时(瓶内气压与大气压之差由比热容比测定仪上显示),关闭进气阀A。这时瓶内气温略高于环境温度,因此瓶内空气与环境有热交换,使瓶内的气压与温度都不稳定,而是逐渐下降的。直到瓶内气温与环境温度相同时,瓶内气压趋于稳定值P1,这时瓶内气体处于P—V图中状态Ⅰ(P1、V1、T0)。这T0为环境温度。这时记下仪器气压差显示值P1示(瓶内气压P1=P0+P1示)。
(3)后打开放气阀A,听到放气声,待放气声结束(仪器显示的气压差值为0)立即迅速关闭放气阀A,这时瓶内有一部分空气从瓶内放出,剩余在瓶内的空气气压下降到大气P0(仪器上显示的与大气压差为0)。由于放气过程极迅速,空气又是热的不良导体,因此剩在瓶
内的那部分空气从状态Ⅰ(P1、V1、T0)到状态Ⅱ(P0、V2、T2)经历的过程是绝热过程(在放气过程中瓶内空气来不及与外界行热交换)。V2为贮气瓶体积,V1为保留在瓶中这部分气体在状态Ⅰ(P1、T0)时的体积。
(4)放气后由于瓶内气压下降,使瓶内气温也下降到T2 上述过程如图4-18所示我们以放气后瓶内的那部分气体作为考虑的对象,这部分气体占前瓶内的大部分,但不是全部。这部分气体在状态Ⅰ时压强为P1温度为T0,而放气后压强降为P0(大气压),温度降为T2( ??1??P1T0
?P1??P0??1T2??即??P??
?0?
??1
?T2????T??(14) ?0?
??
Ⅱ到III过程是等容过程,在这过程中瓶内气温又从T2升到