空气比热容比测定实验

仪器介绍：

本实验主要采用扩散硅压力传感器测量空气压强，用电流集成温度传感器测空气温度。仪器主要由三部分组成：（1）贮气瓶：它包括玻璃瓶，进气活塞，橡皮塞等组成；（2）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；（3）数字电压表二只：三位半数字电压表作硅压力传感器的二次仪表（测量空气压强），四位半数字电压表作集成温度传感器二次仪表(测量空气温度)。

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．  学习气体压力传感器和电流型继承温度传感器的原理及使用方法。

实验仪器：

贮气瓶（包括瓶，活塞二只，橡皮塞，打气球），硅压力传感器，电流集成型温度传感器，三位半数字电压表，四位半数字电压表，6V钾电池，电阻箱

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之间的关系由下式表示：

C_P=C_V+R                                 （1）

（1）       中的R为气体普适常量，气体的比热容比r值：

g = C_P / C_V                                 （2）

气体的比热容比也可称为绝热系数（绝热因子），这是一个重要的物理量，经常出现在热力学方程中。如图（一）所示，我们以贮气瓶内空气为研究的热学系统，进行如下实验来测定空气的比热容比：

（1）首先打开放气阀C₂，贮气瓶与大气相通，再关闭C₂，瓶内充满与周围空气同温同压的气体。

（2）开充气阀C₁,用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀C₁,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C₂，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C₂,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。在此过程后瓶中保留的气体由状态I（P₁，V₁，T₀）转变为状态II（P₀，V₂，T₁），V₂为贮气瓶体积，V₁为保留在贮气瓶中的这部分气体在状态I（P₁，T₀）时的体积。

（4）由于贮气瓶中气体温度T₁低于室温T₀，所以瓶内气体慢慢从外界吸热，直至到达室温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，总之，由状态I→II→III的过程如图（a），（b）所示，

I→II是绝热过程，有绝热过程方程得：

         P₁V₁^g= P₀V₂^g

状态I和状态II的温度均为T₀，由气体状态方程得：

  P₁V₁= P₂V₂

合并上两式，消去V₁，V₂得：

由上式可知，测的P₀，P₁，P₂就可以求出空气的g。

（a）

(b)

图（一）实验装置中1为进气活塞C₁，2为放气活塞C₂，3为电流集成温度传感器AD590,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^OC至150^OC。AD950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1mA/^OC,若串接一个5KW的电阻后，可产生5mV/^OC的信号电压，接0-1.9999V量程四位半数字电压表，可检测到最小0.02^OC温度变化；4位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，当代测气体压强位P₀+10.00KPa时，数字电压表显示位200mv/KPa，仪器测量气体压强灵敏度为20mv/kpa.测量精度为5Pa。

     

                             

                  图 一                                   图 二

图 （一）：（1、进气活塞C₁  2、放气活塞  3、AD590  4、气体压力传感器 5、胶粘剂）

实验内容：

1．  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P₀，用水银温度计测量环境室温，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值调到0。

2．  把活塞错C₂关闭，活塞C₁打开，用打气球把空气稳定的徐徐进入贮气瓶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的压强P1和温度。

3．  突然打开活塞C₂，当贮气瓶的空气压强降低至环境打气压强时，迅速关闭活塞C₂.

4．  当贮气瓶内空气的温度上升至室温时记录下贮气瓶内气体的压强P₂。

5．  用公式（5）进行计算，求得空气比热容比值。

实验数据：

P₁=P₀+P₁’/2000     P₂=P₀+P₂’/2000 

g=log(P₁/P₀)/log(P₁/P₂)

200mv读数相当于1.0´10⁴Pa

注意事项：

1. 实验在打开活塞C₂放气时，当听到放气声时应该立即迅速关闭活塞，提早或推迟关闭活塞C₂，都将影响实验要求，引入误差，由于数字电压表上滞后显示，如用计算机实时测量，发现放气时间约为零点几秒，并与放气声产生消失很一致，所以关闭活塞C₂用听声更可靠。

2. 实验要求环境温度不变，如发生环境温度不断下降情况，可在远离实验仪器的地方适当加温，以保证实验正常进行。

3．  实验过程中，不能拉动导线。

附录：

1．  密封装配后必须等胶水变干且不漏气，方可做实验。

2．  打气球橡胶关插入前可先蘸水（或肥皂水），然后轻轻推入二通，以防止断裂；

3．  外接电池可采用四节钾电池串连到6V直流电源。

4．  压力传感器头与测量仪器配套使用，各台仪器之间不可互相换用。

第二篇：空气比热容比测定实验报告(实验数据及其处理)

                    007 实验报告           评分：

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   年级专业： *****       学号：******         姓名：！习惯一个人007     

                   

               实验3-5空气比热容比的测定

   

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

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

                      （3-5-2）

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：

                         (3-5-3）

由（3-5-2）式和（3-5-3）式，可得

                （3-5-4）

利用（3-5-4）式可以通过测量P₀、P₁和P₂值，求得空气的比热容比值。

  

        实验原理图1                        实验图2

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（3-5-4）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（3-5-4）中的压强P₂应加上周围大气压强值）。

5. 用公式（3-5-4）进行计算，求得空气比热容比值。

五．实验数据及其处理

周围大气压po=102.1hpa X10

由 ：

     得出各自压强实际值，填入上表。

根据 分别求出：空气比热容：

           

           

          

提前关闭时：

推迟关闭时：

其r平均值为r=

标准差为：

所以比热容=1.32810.003032

六．思考题

1.怎样做才能在几次重复测量中保证的数值大致相同？这样做有何好处？若的数值很不相同，对实验有无影响？

答：关键是容器绝热效果要好。另外每次的程序，完成时间，环境要相同，实验数据大致相同，说明偶然误差小，才有说服力。

2.打开活塞放气时，若提前关闭或滞后关闭活塞，各会给实验带来什么影响？

答：提前关闭会使测量结果偏大，滞后关闭会使测量结果偏小。

3.本实验的误差来源于哪几个方面？最大误差是哪个因素造成的？怎样减少误差？

答：实验装置漏气、关闭活塞时间的控制。多测量几组数据，求平均值。