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空气比热容比的测定-西安电子科技大学理学院.docxVIP

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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。

3.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。

【实验仪器】

1、FD-NCD型空气比热容比测定仪

本实验采用的FD-NCD型空气比热容比测定仪由扩散硅压力传感器、AD590集成温度传感器、电源、容积为1000ml左右玻璃瓶、打气球及导线等组成。如图1、图2所示。

图1FD-NCD空气比热容比测定仪

1.充气阀B

2.扩散硅压力传感器3.放气阀A

4.瓶塞

5.AD590集成温度传感器6.电源

7.贮气玻璃瓶8.打气球

2.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?C。当施加+4V~+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

1.压力传感器接线端口2.调零电位器旋钮

3.温度传感器接线插孔

4.四位半数字电压表面板(对应温度)

5.三位半数字电压表面板(对应压强)

图2测定仪电源面板示意图

I=Kt+I0

К=1μA/?C,对于I,其值从273~278μA略有差异。本实验所用AD590也是如此A。D590输出的电流I可以在远距离处通过一个适当阻值的电阻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/?C的信号电压,接0~2V量程四位半数字电压表,最小可检测到0.02?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

其中电压U的单位为mV,压强P1、P0的单位为105Pa

4、气压计

该气压计用来观测环境气压。

5、水银温度计

(1)

图3AD590电路简图

(2)

【实验原理】

理想气体的压强P、体积V和温度T在准静态绝热过程中,遵守绝热过程方程:PVY等于恒量,其中Y是气体的定压比热容CP和定容比热容CV之比,通常称Y=CP/CV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T0)同压(设为P0)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(P1,V1,T0)。

(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P0时,立刻关闭放气阀A,将有体积为△V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

(P1,V1,T0)转变为状态II(P0,V2,T1)。V2为贮气瓶容积,V1为保留在瓶中这部分气体在状态I(P1,T0)时的体积。

(4)由于瓶内气体温度T1低于室温T0,所以瓶内气体慢慢从外界吸热,直至达到室 温T0为止,此时瓶内气体压强也随之增大为P2。则稳定后的气体状态为III(P2,V2,T0)。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:

P1V2Y=P0V2Y

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