空气比热容比实验的原理和系统误差分析.doc

------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————空气比热容比实验的原理和系统误差分析 2007 年2 月第 26卷第1期重庆文理学院学报( 自然科学版) JournalofChongqingUniversityofArtsandSciences(NaturalScienceEdition)F eb1,2007 Vol126 No11 邓于, 张家伟,吴强( 重庆文理学院物理与信息工程系, 重庆永川 402160) [摘要] 从热力学理论入手, 对空气比热容比测定实验仪器和常见的两种实验原理表述进行了分析, 给出了实验过程中正确的 P-V 图和实验状态及其实验原理的正确理解, 提出了一种客观的实验理论表述方法. 通过对实验仪器的改进, 取得了良好的实验结果, 实验误差由原来大于 7% 下降到 2% 以内. [ 关键词] 空气比热容比;P-V 图; 实验误差; 实验改进[ 中图分类号]O551 [ 文献标识码]A[ 文章编号]1673-8012(2007)01-0035-04 理想气体的比热容比γ=Cp Π Cv 是热力学理论及工程技术应用中的一个常用而且重要的物理量, 对气体比热容比的准确测量也是物理学基本测量之一. 气体比热容比γ的测量方法多种多样, 各种方------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————法又有自己的优、缺点. 振动法[1] 是最常用的方法之一, 其原理是通过实现热力学中的准静态过程( 等温、等容及绝热), 小钢球以小孔为中心上下作简谐振动, 声法[2] 一个绝热过程,. 高等院 Clement-Desarmes 方法[3,4], 实验设备采用上海复旦大学科教仪器厂生产的 FD-NCD 空气比热容比测定仪[3] 以在对这种实验方法的内容和原理进行阐述时, 对体积 V 有两种不同的理解. 这两种不同的理解不仅会使读者对实验原理理解出现错误, 还会影响到实验的结果., 采用温度和压力传感器提高测量精度, 使实验变得较为快捷、简便; 但其实验原理和内容的表述上与以往的实验教材有不同的地方, 读者容易和以往的讲义混淆. 采用先进仪器减小了实验测量误差, 但仪器实验误差可控制在什么范围以内不太清楚. 本文在探讨实验原理的理论基础上, 测定实验数据, 发现实验结果总是小于标准值的真正原因. 1 实验内容和原理分析图1 测量空气比热容比实验装置 “顺理解”表述法把状态Ⅰ中的V1 理解为贮气瓶的容积, 从状态Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ依次理解和分析,把Ⅰ状态理解为初态. 其实验内容简述为: 用气压计测得大气压强为 P0, 测得室温为------------------------------------------------------------------------------------------------ —————————————————————————————————————— T1; 把放气活塞 C2 关闭, 进气活塞 C1 打开, 往贮气瓶内打气, 用压力传感器和 AD59 0 温度传感器分别测压强和温度, 待瓶内压强稳定时记下压强 P1 和室温 T1. 此时贮气瓶内气体状态为Ⅰ(P1,V1,T1), 贮气瓶的容积为 V1; 打开活塞 C2, 使瓶内空气与大气相通,到达状态Ⅱ(P0,V2,T2) 后迅速关闭 C2. 其中 V2 为瓶内剩余空气和放出瓶外那部分气体在状态Ⅱ(P0,T2) 时的体积总和(V2=V1+ Δ到状态Ⅱ的变化如图 2(见 V). 状态Ⅰ下页). 当贮气瓶内气体因吸热而温度升至T1时, 迅速记在理想热学实验中, 应遵循两条基本原则: 其一是保持系统为孤立系统; 其二是测量一个系统的状态参量时, , 同时也要做一些必要的近似处理. 空气比热容比实验的基本装置图如图 1 所示,我们以贮气瓶内空气( 近似为理想气体) 作为研究的热力学系统. 由于实验过程中有一部分气体要被释放出容器,所[ 收稿日期]2006-10-30 [ 作者简介] 邓于(1960-), 男, 重庆璧山人, 实验师, 主要从事实验教学改革方面的研究 1[ 基金项目] 重庆文理学院教育教学研究项目(编号:05023) . 35