空气比热容比的测定-李萍.ppt

空气比热容比的测定
气体的比热容比:气体的定压比热容与定容比热容都是热力学过程中的重要参量,其比值γ称为气体的比热容比,也叫泊松比。
定压比热容Cp : 在压强不变的情况下,单位质量的某种物质温度升高1℃所需吸收的热量,叫做该种物质的“定压比热容”,国际制单位是:J/(kg·℃)。
定容比热容Cv:在物体体积不变的情况下,单位质量的某种物质温度升高1℃所需吸收的热量,叫做该种物质的“定容比热容”,国际单位是:J/(kg·K)。
实验目的
用绝热膨胀法测定空气的比热容比
用振动法测定空气的比热容比
观察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及电流型集成温度传感器的工作原理
实验仪器
YJ-NCD-III空气比热容比综合实验仪、实验装置、数字温度计实验模板、光电门、YJ-HMJ-I数字毫秒计
振动法测定空气的比热容比装置图
数字温度计实验模板
实验原理
1、绝热膨胀法测定空气的热容比
若以比大气压P0稍高的压力P1向容器内压入适量的空气,并以与外部环境温度T1相等之单位质量的气体体积(称为比体积或比容)作为V1,I(P1,V1,T1)表示这一状态。然后急速打开阀门,即令其绝热膨胀,降至大气压力Pa,并以II(Pa,V2,T2)表示该状态。由于是绝热膨胀,T2〈T1,所以,若再迅速关闭阀门并放置一段时间,则系统将从外界吸收热量且温度升高至T1;因为吸热过程中体积(比容)V2不变,所以,压力将随之增加为P3, 系统变至状态III(P3,V2,T1)。
Ⅰ→Ⅱ绝热过程,满足泊松公式:P1V1γ=PaV2γ(1)
III→I等温过程,满足玻意耳定律: P1V1=P3V2 (2)
可见,只要测得测量Pa,P1,P3的值可测量出空气的比热容γ
如果用ΔP1, ΔP3分别表示P1,P3与大气压强Pa的差值时,则有:
P1=Pa+ΔP1; P3=Pa+ΔP3 (4)
由⑴及⑵式消去V1、V2可解得
将⑷式代入⑶式,并考虑到Pa〉〉ΔP1,Pa〉〉ΔP3,则
γ=(lnP1-lnPa)/ (lnP1-lnP3) (3)
所以:
⑸
同样,只要用压力计测得实验过程中P1,P3时与Pa的压力差ΔP1, ΔP3,即可通过⑸式求出比热容比γ。
同理
2、振动法测定空气的比热容比
振动物体小球的直径比细管直径略小,它能在管中上下移动,细管的截面积为A,气体由进气阀以注入到容器中,容器的容积为V。
小孔
钢球
玻璃管
气体注入口
贮气瓶
钢球的质量为m,半径为r,当贮气瓶内压强满足下面条件时钢球处于力平衡状态。
Pa为大气压,A为细管的横截面积
若物体偏离平衡位置一定距离X,则容器内的压力变化dp,物体的运动方程为:
(6)
因为物体振动过程相当快,所以可以看作绝热过程,绝热方程
PVγ=常数(7)
(9)
式中各量均可方便测得,因而可以算出γ
由此得出
其解为:
或者