空气比热容比的测定..doc

空气比热容比的测定 在热学中比热容比是一个基本物理量。过去，由于实验测量手段的原因使得对它的测量误差较大。现在通过先进的传感器技术使得测量便得简单而准确。本实验通过压力传感器和温度传感器来测量空气的比热容比。 一、实验目的 1. 用绝热膨胀法测定空气的比热容。 2. 观察热力学过程中状态变化及基本物理规律。 3. 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 理想气体定压摩尔热容量和定体摩尔热容量之间的关系由下式表示 （4-6-1） 其中, 为普适气体常数。气体的比热容比定义为 （4-6-2） 气体的比热容比也称气体的绝热系数，它是一个重要的物理量，其值经常出现在热力学方程中。 测量仪器如图4-6-1所示。1为进气活塞C1，2 为放气活塞C2，3为电流型集成温度传感器,4为气体压力传感器探头。实验时先关闭活塞C2，将原处于环境大气压强为P0、室温为T0的空气经活塞C1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，待瓶内空气稳定后，瓶内空气达到状态Ⅰ（），V1为贮气瓶容积。 然后突然打开阀门C2，使瓶内空气与周围大气相通，到达状态Ⅱ（后，迅速关闭活塞C2。由于放气过程很短，可认为气体经历了一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低。绝热膨胀过程应满足下述方程 （4-6-3） 在关闭活塞C2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度T0时，原气体的状态为Ⅰ（）改变为状态Ⅲ（），两个状态应满足如下关系： （4-6-4） 由（4-6-3）式和（4-6-4）式，可得 （4-6-5） 利用（4-6-5）式可以通过测量P0、P1和P2值，求得空气的比热容比值。 图4-6-1 测量仪器示意图 图4-6-2 系统连接图 三、实验仪器 NCD-I型空气比热容比测量仪由如下几个部分组成：贮气瓶（由玻璃瓶、进气活塞、橡皮塞组成）、两只传感器（扩散硅压力传感器和电流型集成温度传感器AD590各一只）、测空气压强的三位半数字电压表、测空气温度的四位半数字电压表。测空气压强的数字电压表用于测量超过环境气压的那部分压强，测量范围0~10000Pa，灵敏度为20mv/Kpa（表示1000Pa的压强变化将产生20mv的电压变化，或者50Pa/mv，单位电压变化对应50Pa的压强变化）。实验时，贮气瓶内空气压强变化范围为6000Pa。 图4-6-1实验装置中，温度传感器3是新型半导体温度传感器，其测量灵敏度高，线性好，测温范围为-50~150℃，接6V直流电源后组成一个稳流源。它的测温灵敏度单位为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，可检测到最小0.02℃温度变化。气体压力传感器探头4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+10000Pa时，数字电压表显示为200mv，仪器测量气体压强灵敏度为20mv/ 1000Pa。 四、实验步骤 1. 按图4-6-2接好仪器的电路，注意AD590的正负极不要接错。用Forton式气压计测定大气压强P0，用水银温度计测量环境温度。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示值调到0。 2. 将活塞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T0（室温为T0）（P1取值范围控制在130mV~150mV之间。由于仪器只显示大于大气压强的部分，实际计算时式（4-6-5）中的压强P1应加上周围大气压强值）。 3. 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． 4. 当贮气瓶内空气的温度上升至室温T0时，记下贮气瓶内气体的压强P2（由于仪器只显示大于大气压强的部分，实际计算时式（4-6-5）中的压强P2应加上周围大气压强值）。 5. 用公式（4-6-5）进行计算，求得空气比热容比值。 五、注意事项 1. 在实验步骤3打开活塞C2放气时，当听到放气声结束应迅速关闭活塞，提早或推迟关闭活塞C2，都将影响实验结果