空气比热容的测定大学物理仿真实验.docx

PAGE PAGE 3 大学物理仿真实验报告 人居学院 建环 11 张建鹏 学号：2110701022 实验名称：空气比热容测定（热学实验） 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．实验原理： 对理想气体的定压比热容 C p 和定容比热容 C v 之关系由下式表示： C —C =R （1） p v （1） 式中，R 为气体普适常数。气体的比热容比 r 值为： r= C /C p v (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C ，将原处于环境大气压强P 、室温θ 2 0 的空气从活塞 C 0 1 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 C ，待稳定后瓶内空气达到状态 I（P ，θ ，V ），V 为贮气瓶容积。 1 0 0 1 1 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，θ 0，V1）后，迅速关闭活塞 C ，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， 2 绝热膨胀过程应满足方程： （3） 在关闭活塞 C 之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度θ 时，原状态为 I（P ，θ ， 2 0 1 0 V ）体系改变为状态 III（P ，θ ，V ），应满足： 1 2 0 2 （4） 由（3）式和（4）式可得到： （5） 利用（5）式可以通过测量 P 、P 0 1 和 P 值，求得空气的比热容比 r 值。 2 三．实验器材与装置： 本仪器主要由三部分构成： 储气瓶：包括玻璃瓶、进气活塞、放气活塞、打气球、橡皮塞。 传感器：扩散硅压力传感器、电流型集成温度传感器 AD590。 数字电压表。四．实验步骤： 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 P ，用水银温度计测环境室温θ 。开启电源，将电子仪器部分预热 20 分钟，然后用调 0 0 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 C 2 关闭，活塞C 1 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θ 值（室温为θ ）。 0 0 突然打开活塞 C ，当贮气瓶的空气压强降低至环境大气压强 P 2 0 时（这时放气声消失）， 迅速关闭活塞 C 。 2 当贮气瓶内空气的温度上升至室温θ 0 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。 图〈一〉实验装置中 1 为进气活塞塞 C ，2 为放气活塞 C ，3 为电流型集成温度传感器 AD590， 1 2 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 1μ A/℃，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，可检测到最小 0.02℃ 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P 0 时，数字电压表显示为 0；当待测气体压 强为 P +10.00KPa 时，数字电压表显示为 200mv；仪器测量气体压强灵敏度为 20mv/KPa，测 0 量精度为 5Pa。 图 1 空气比热容比仪器示意图 AD590 AD590 6V 5KΩ 测 量 端 图 2 接线图 五．数据记录： （注：因无法显示记录窗口，只能将每次结果截下） 第一次测量： 第二次测量： 第三次测量： 第四次测量： 实验结果记录表 63.2 2410.1 18.5 2410.1 1.0564 1.0341 1.423 67.9 2410.5 19.7 2410.1 1.0588 1.0347 1.417 69.3 2410.5 19.9 2410.1 1.0596 1.0348 1.410 67.5 2410.1 19.2 2410.0 1.0586 1.0344 1.403 P (105Pa） P’0T’ (mv) P’ (mv) T’ (mv)122P (± P (105Pa） P’ 0 T’ (mv) P’ (mv) T’ (mv) 1 2 2 P (± 1 P (± 2 r 1 (mv) 105Pa） 105Pa） 1.0248 六．实验结论： r=1.413，理论值r=1.402，百分差很小为:0.78%