实验一空气比热容比的测定.doc

实验一 空气比热容比的测定 气体的定压比热容与定容比热容之比称为气体的绝热指数，它是一个重要的热力学常数，在热力学方程中经常用到，本实验用新型扩散硅压力传感器测空气的压强，用电流型集成温度传感器测空气的温度变化，从而得到空气的绝热指数；要求观察热力学现象，掌握测量空气绝热指数的一种方法，并了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。 【实验目的】 1．用绝热膨胀法测定空气的比热容比。 2．观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。 32．AD590集成温度传感器 AD590是一种新型的半导体温度传感器，测温范围为-50?C～150?C4V～30V的激励电压时，这种传感器起恒流源的作用，其输出电流与传感器所处的温度成线性关系。如用摄氏度t表示温度,则输出电流为 ????????????????????????????????????????????????????????（） К1μA/?C，对于I, 其值从273～278μA。R，转化为电压U，由公式I＝U/R算出输出的电流，从而算出温度值。如图3。若串接5KΩ电阻后，可产生5ｍＶ／?C0～2V0.02?C温度变化。 3．扩散硅压力传感器 扩散硅压力传感器是把压强转化为电信号，最终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。它显示的是容器内的气体压强大于容器外环境大气压的压强差值。当待测气体压强为P0+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，测量精度为5Pa。可得测量公式： P1=P0+U/2000 (2) 其中电压U的单位为mVP1、P0的单位为105PaP、体积V和温度T在准静态绝热过程中，遵守绝热过程方程：等于恒量，其中是气体的定压比热容和定容比热容之比，通常称=为该气体的比热容比（亦称绝热指数）。 如图4所示，我们以贮气瓶内空气（近似为理想气体）作为研究的热学系统，试进行如下实验过程。 （1）首先打开放气阀A，贮气瓶与大气相通，再关闭A，瓶内充满与周围空气同温（设为）同压（设为）的气体。 （2）打开充气阀B，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀B。此时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时的气体处于状态I（,,）。 （3）迅速打开放气阀A，使瓶内气体与大气相通，当瓶内压强降至时，立刻关闭放气阀A，将有体积为ΔV的气体喷泻出贮气瓶。由于放气过程较快，瓶内保留的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热膨胀的过程。在此过程后瓶中的气体由状态I（,,）转变为状态II（,,）。为贮气瓶容积，为保留在瓶中这部分气体在状态I（,）时的体积。 （4）由于瓶内气体温度低于室温，所以瓶内气体慢慢从外界吸热，直至达到室温为止，此时瓶内气体压强也随之增大为。则稳定后的气体状态为III（,,）。从状态II→状态III的过程可以看作是一个等容吸热的过程。由状态I→II→III的过程如图5所示。 I→II是绝热过程，由绝热过程方程得: （3） 状态I和状态III的温度均为T0，由气体状态方程得 （4） 合并式（3）） （5） 由式（5）可以看出，只要测得、、就可求得空气的绝热指数。 【实验内容】 1.打开放气阀A，按图1连接电路，集成温度传感器的正负极请勿接错，电源机箱后面的开关拨向内。用气压计测定大气压强，用水银温度计测环境室温。开启电源，让电子仪器部件预热20分钟，然后旋转调零电位器旋钮，把用于测量空气压强的三位半数字电压表指示值调到“0”，并记录此时四位半数字电压表指示值。 2.关闭放气阀A，打开充气阀B，用充气球向瓶内打气，使三位半数字电压表示值升高到100mV～、的变化，经历一段时间后，、指示值不变时，记下（，），此时瓶内气体近似为状态I（,）。注：对应的温度值为T. 3.迅速打开放气阀A，使瓶内气体与大气相通，由于瓶内气压高于大气压，瓶内?V体积的气体将突然喷出,发出“嗤”的声音。当瓶内空气压强降至环境大气压强时（放气声刚结束），立刻关闭放气阀A，这时瓶内气体温度降低，状态变为II。 4.当瓶内空气的温度上升至温度T