空气比热比的测定

《空气比热比的测定》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空气比热比的测定（5页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、实验 5-7 空气比热容比的测定理想气体的定压比热容C和定容比热容C之间满足关系：C -C二R ,其中R为气p v p v体普适常数；二者之比丫 = C / C称为气体的比热容比，也称气体的绝热指数，它在热力 pv学过程特别是绝热过程中都是很重要的参量，在热力学理论及工程技术的实际应用中起着重 要的作用。例如：热机的效率及声波在气体中的传播特性都与空气的比热容比丫有关。【实验目的】1用绝热膨胀法测定空气的比热容比。2观测热力学过程中的状态变化及基本物理规律。3学习空气压力传感器及电流型集成温度传感器的原理和使用方法。 【实验器材】 贮气瓶（含瓶、阀门、橡皮塞、打气球）、扩散硅压力传感器及同轴电

2、缆、电流型集成温度传感器AD590及同轴电缆、数字电压表（三位半、四位半各一只）、直流稳压电源（6V ）、 电阻箱（取值5kG ）、导线、Forton式气压计。【实验原理】实验测量空气比热容比Y的装置如图5-7-1所示。设处于环境压强P及室温T下的空气状态称为状态O （ P , T、。关闭放气阀2、打0 0 0 0开进气阀1,用充气球6将原处于环境压强P、室温T状态下的空气经进气阀1压入贮气00瓶7中。打气速度很快时，此过程可近似为一个绝热压缩过程，瓶内空气压强增大、温度升 高。关闭进气阀1,气体压强稳定后，达到状态1（P , T、。随后，瓶内气体通过容器壁11和外界进行热交换，温度逐步下降至

3、室温T，达到状态11（ P，T ），这是一个等容放热0 2 0过程。迅速打开放气阀，使瓶内空气与外界大气相通，当压强降至P时立即关闭放气阀。此0过程进行非常快时，可近似地为一个绝热膨胀过程，瓶内空气压强减小、温度降低。当气体 压强稳定后，瓶内空气达到状态111（ P，T、。随后，瓶内空气通过容器壁和外界进行热02交换，温度逐步回升至室温T，达到状态IV （ P，T ）,这是一个等容吸热过程。0 3 0整个过程可表示为：O （ P，T ）绝热压缩-1（P，T）00111（ P，T ）等容放热一11（ P，T ）1 12011（ P，T ）绝热膨胀一111（ P，T ）2 002111（ P，T

4、）等容吸热一IV （P，T ）023 0其中过程、对测量Y没有直接影响；这两个过程的目的是获取温度等于环境温度T0 的压缩空气，同时可以观察气体在绝热压缩过程及等容放热过程中的状态变化。对测量结果 有直接影响的是、两个过程。过程是一个绝热膨胀过程，满足理想气体绝热方程：YlY过程是个等容吸热过程，IP0丿5-7-1)满足理想气体状态方程：P0P3T2T05-7-2)将公式（5-7-2）代入公式（5-7-1）,消去旦可得:T(P AY1(P A21P J00(P丿30Y两边取对数，得：& 1)lg P = Y lg 豊03整理得：5-7-3)lg P lg P= 2 0lgP lgP23实验内容

5、】根据公式（5-7-3）,只要测出环境压强P、瓶内气体在绝热膨胀前的压强P2及放气后021按图 5-7-1 接好仪器的电路。开启电源，然后，用调零电位器将三位半数字电压表 读数调到零。注：AD590的正负极请勿接错（红导线为正极、黑导线为负极）。2. 通过AD590四位半数字电压表读出此时的室温T，大气压为1个标准大气压P。 003关闭放气阀2、打开进气阀1,用充气球将原处于环境大气压强P、室温T状态下 00的空气经进气阀1压入贮气瓶中，当三位半数字电压表读数介于120到160mV时，关闭进气 阀1并停止充气；观察并记录此过程中瓶内气体压强和温度的变化。4.静待一段时间，待瓶内空气温度降至室温

6、T ；记录仪器三位半数字电压表读数竺 02 并计算出瓶内气体的压强P : P = P +AP /2000x 105Pa。2 2 0 25打开放气阀2,当贮气瓶内的空气压强降低至环境大气压强P时(放气声刚刚消失 0时),迅速关闭放气阀 2；观察并记录此过程中瓶内气体压强和温度的变化。6. 静待一段时间，待瓶内空气温度升至室温T ；记录三位半数字电压表读数AP并计03 算出瓶内气体的压强P : P P + AP /2000x 105Pa。3 3 0 37. 利用公式(5-7-3)计算空气的比热容比Y值。8. 假定过程是准静态的，在坐标纸上以半定量的方式作出反映系统内空气状态由 O(P , T )-

7、1( P , T )-11( P , T )-III( P , T )以及系统内空气状态由III 00112 0 0 2(P , T ) -IV ( P , T )过程的P-V变化曲线(注意曲线的走向、斜率的变化)。02309. 重复3、4、5、6、7步三次，由三次测量的丫、Y、Y值计算平均值、标准偏差,123写出测量结果表达式。【数据处理】表5-7-1 空气比热容比的测定P0=Pa次数卜P2 (mV)(X105Pa)力P3 (mV)(X105Pa)To (mV)Y丁SY注意事项】1. 由于不同扩散硅压力传感器的灵敏度各不完全相同,请勿相互借用不同组号的测定 仪或贮气瓶。2. 本实验所用的贮气

8、瓶、进气阀、放气阀及其连接管均由玻璃材料制成的,属易碎品, 实验中连线、关闭/开启阀门、用充气球充气时均要小心、仔细。3. 连接电路时要注意 AD590 温度传感器输出极性及电源输出电压的大小(实验时应先 将其输出调至 6V 再接入回路)。4. 压力传感器及数字电压表需预热和调零,待零点稳定后方可进行实验。5. 由于热学实验受外界环境因素,特别是温度的影响较大,测量过程中应随时留意环 境温度的变化。测量时只要做到瓶内气体在放气前降低至某一温度,放气后又能回升到同一 温度即可,这一温度不一定等于充气前的室温。6. 放气时要迅速,并密切注意压力传感器输出数值的变化,一旦压力输出指示为零, 立即关闭

9、放气阀。【思考题】1. 本实验为何采用温度传感器？用水银温度计是否可以？2. 本实验内容的第5 步要求“放气声刚刚消失时,迅速关闭放气阀2”,为什么？如果关闭较晚会有什么后果？3. 温度测量值在计算公式中并没有出现,你认为设置温度测量的意义何在？4. 做出本实验研究过程的系统变化的PV图。【仪器介绍】FD-NCD 空气比热容比测定仪用 AD590 电流型集成温度传感器取代水银温度计来测量瓶 内空气温度。 AD590 是一种利用半导体 PN 结的伏安特性与温度之间的关系制成的恒流源形 式的固态传感器(它将感温器件与外围电路集成于同一芯片,测量灵敏度高、线性好,测温范围为-50150C),只需在其

10、两端加上一定的工作电压(6V ),其输出的电流将随瓶内气 体温度作线性变化，灵敏度为5A/C；串接5kG的电阻后，可在电阻上产生5mV/C的电 压信号，将此电压输入02V量程的四位半数字电压表，可探测到最小为0.02C的温度变化。实验时只需将四位半数字电压表中的读数除以5即可得瓶内空气的热力学温度。FD-NCD空气比热容比测定仪用PT14扩散硅压力传感器取代水银压强计来测量瓶内空气 压强与外界压强的差值。扩散硅压力传感器是在半导体(硅)材料的基片上采用集成电路的 工艺制成扩散电阻，以使应变计与硅衬底形成同一整体的传感器。它是在一定晶向的硅膜片 的预定位置扩散一组压力敏感栅，并将其连接构成惠斯通

11、电桥。由于膜片受到的压力与桥路 的输出呈线性变化关系，因而只要测定桥路的输出电压即可得压力的大小。扩散硅压力传感 器的工作原理是基于半导体的压阻效应：半导体受到应力作用时，其载流子的数目、平均迁 移率等将发生变化，进而引起电阻值的改变；它具有应变电阻效应高、传递应变的灵敏度高 等特点。实验时，由PT14扩散硅压力传感器探测的信号由同轴电缆线输出，并与仪器内的 放大器及三位半数字电压表相接。当待测气体为大气压P时，数字电压表显示为零；当待 0测气体为大气压P + 10kPa时，数字电压表显示为200mV ；仪器测量气体压强的灵敏度 0为20mV /kPa。实验时只需将三位半数字电压表中的读数除以2000即可得到瓶内空气的 压强相对于的差值P。0