空气比热容比测定实验介绍.doc

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。原理:对理想气体的定压比热容Cp和定容比热容Cv之关系由下式表示:Cp—Cv=R(1)式中,R为气体普适常数。气体的比热容比r值为:r=Cp/Cv(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C2,将原处于环境大气压强P0、室温θ0的空气从活塞C1,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C1,待稳定后瓶内空气达到状态I(P0,θ0,V1),V1为贮气瓶容积。然后突然打开阀门C2,使瓶内空气与大气相通,到达状态II(P1,θ0,V1)后,迅速关闭活塞C2,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:(3)在关闭活塞C2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(P1,θ0,V1)体系改变为状态III(P2,θ0,V2),应满足:(4)由(3)式和(4)式可得到:(5)利用(5)式可以通过测量P0、P1和P2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C1,2为放气活塞C2,3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,℃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P0时,数字电压表显示为0;当待测气体压强为P0+,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: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P0,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。把活塞C2关闭,活塞C1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P1和温度θ0值(室温为θ0)。突然打开活塞C2,当贮气瓶的空气压强降低至环境大气压强P0时(这时放气声消失),迅速关闭活塞C2。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P2。用公式(5)进行计算,求得空气比热容比值。实验数据例:(±104Pa)P0(105Pa)P’1(mv)V’1(mv)P’2(mv)T’2(mv)P1(±105Pa)P0(±105Pa)