实验16空气比热容比的测定

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1、实验16 空气比热容比的测定 教学目标 用绝热膨胀法测定空气的比热容比；观测热力学过程中状态变化，加深对绝热、定体、定压、等温等热力学过程的理解；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。 重点与难点 重点：用绝热膨胀法测定空气的比热容比的实验方法。难点：控制绝热膨胀过程放气的时间。实验内容测定大气压强P0和环境室温t0；用绝热膨胀法测定空气的比热容比的共4次，根据测量内容绘制数据表。计算空气比热容比值g及其平均值。把平均值与理论值g（1.402）进行比较，计算相对百分误差。教学方法采用讨论式、提案式教学方法教学过程设计 一讨论1什么是气体的比热容比？ 气体的比热容比 值为定压

2、热容CP 和定体热容CV 之比值，即 ；气体的的比热容比也称为气体的绝热系数。 2什么是气体的定压热容CP和定体热容CV ？ 气体的比热容有定压热容CP和定体热容CV两种。 定压热容CP是在保持压强不变情况下，1kg气体温度升高（或降低）1时所吸收（或放出）的热量。 定体热容CV是在保持体积不变情况下，1kg气体温度升高（或降低）1时所吸收（或放出）的热量。3如何测定气体的的比热容比 ？ 如图1所示，先关闭活塞C2 ，将处于环境大气压强P0、室温t0 的空气从活塞C1 处快速送入贮气瓶B内，瓶内空气达到状态（P1，t1，V1），因为快速打气时瓶内空气压缩很快，可以近似地看作是一个绝热压缩过程，

3、这过程使瓶内空气压强增大，温度升高，故P1P0 、 t 1 t0 。 关闭活塞C1，瓶内空气稳定后，达到状态（P1，t0，V1），V1为 贮气瓶容积，系统从状态到状态的过程是一个等容放热过程，其温度从t1降到 t0 ，使压强从P1降到 P1 ，见图2所示。 突然打开活塞C2 ，使瓶内空气与大气相通，系统达到状态（P0、t1 、V2）后，迅速关闭活塞C2 ，由于放气过程很短，从状态到状态可认为是一个绝热膨胀过程，P1 P0， t0 t1，这个绝热过程应满足方程为 ，即 。 在关闭活塞C2之后，处于状态（P0 、 t1 、 V2）的气体温度将升高，当升到温度 t0 时，系统改变为状态 （P2 ，t

4、0 ，V2 ），从状态到状态 的过程是一个等容吸热过程，其温度从t1升到t0 ，使压强从P0升到P2 。 气体体系从状态（P1 ，t0 ，V1 ）改变为状态（P2 ，t0 ，V2）是一个等温膨胀过程，应满足 即 由此可求得空气的比热容比g 值为： 4空气比热容比测定仪的压力传感器是如何测量压强？ 扩散硅压力传感器与仪器放大器相接，再配三位半数字电压表显示待测气体压强。当待测气体压强为环境大气压P0时，数字电压表为0，所以使用前需要调零；当待测气体压强为P=P0+10.00 kPa时，数字电压表为P =200mV，故待测气体压强为 ，此式子表示2000mV读数相当1.000105 Pa该仪器测量

5、气体压强灵敏度为20mV/ kPa，测量精度为5Pa。 5实验中，我们所说的热力学系统是指哪一部分的气体？热力学系统所指的气体是状态（P1，t0，V1）的气体。 二注意事项 气体系统从状态打开活塞C2放气，当听到放气声结束应迅速关闭活塞C2，提早或推迟关闭活塞C2，都将影响实验要求，引入误差。由于数字电压表有滞后显示，所以关闭活塞C2用听声比看电压表更可靠。 三课后思考题 1空气达到状态（P1，T0，V1）时，若发现仪器的显示数字P1 不断减小，没有一个稳定的数字，这是什么问题？ 2实验步骤3，打开活塞C2放气到放气结束关闭C2，为什么要以听声音为准？ 3实验中，操作的哪一步系统经历绝热过程？

6、是绝热压缩还是绝热膨胀？应满足什么关系式？ 4系统从状态（P1，t0，V1）变为状态（P2，t0，V2）是一个什么热力学过程，满足什么关系式？ 5请分析实验操作的每一步，系统经历了什么热力学过程？请在P -V图上定性描出每一过程的图线。 四川大学物理实验教案【理、工、医科】实验名称空气的比热容比测定实验目的及要求(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和电流型集成温度传感器的原理与使用方法。实验原理把原处于环境压强P0及室温T0下的空气状态称为状态0（P0，T0）。关闭放气阀，打开充气阀，用充气球将原处于环境压强P0、室温T

7、0状态下的空气经充气阀压入贮气瓶内，这时瓶内空气压强增大、温度升高。当打气速度很快时，此过程可近似认为是一个绝热压缩过程。关闭充气阀，当气体压强稳定后，达到状态I （P1，T1）。随后，瓶内气体通过容器壁和外界进行热交换，使温度逐步下降，最后达到稳定状态II（P2，T0），这是一个等容放热过程。迅速打开放气阀，使瓶内空气与外界大气相通，当压强降到P0（此时压强的显示为0.0mV）时立即关闭放气阀。由于放气时间很短，此过程可近似认为是一个绝热膨胀过程。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III（P0，T2）。随后，瓶内空气通过容器壁和外界进行热交换，使温度逐步回升至T0

8、，最后达到状态IV（P3，T0），这是一个等容吸热过程。整个过程可表示为0（P0，T0）绝热压缩I（P1，T1） 等容放热II（P2，T0）绝热膨胀III（P0，T2）等容吸热IV（P3，T0）其中，过程、对测量没有直接影响，这两个过程的目的是获取压缩空气，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 （1）过程是一个等容吸热过程，满足理想气体状态议程 （2）将公式(2)代入公式(1)，可得 （3）两边取对数，整理得 （4）用相对于的压强变化来表示和时，有当，时，有。此时公式（4）可简化为 （5）根据

9、公式（5），只要测出及，即可计算出空气的比热容比实验内容及提要(1)按图1接好电路。接线时注意AD590是PN结器件，正负极切勿接错（红导线为E极、黑导线为负极），电阻箱取值，HY17925S单路直流稳定电源的输出电压为V。开启电源，让仪器预热20min，打开放气阀，关闭充气阀，然后用调零电位器将三位半数字电压表读数调到零。(2)关闭放气阀，打开充气阀，用充气球将原处于环境大气压强、室温状态下的空气经充气阀压入贮气瓶，待瓶内空气压强接近160.0mV时，关闭充气阀。观察此过程中瓶内气体压强和温度的变化，记录二者都达到稳定时的压强和温度。(3)静待一段时间，待瓶内空气温度降至时，记录空气压强。(

10、4)迅速打开放气阀，当贮气瓶中空气的压强下降至环境大气压强时（放气声消失时），迅速关闭放气阀。观察此过程贮气瓶中气体压强和温度的变化，记录稳定时的温度。(5)静待一段时间，待瓶内空气温度上升至放气前的温度时，记录空气压强。(6)重复25步。重复时，充气压强分别接近30.0mV，70.0mV，100.0mV，130.0mV，并且不需要记录空气温度的变化。实验要点及难点其实验结果的好坏与放气过程密切相关，放气愈多r值越小，反之r值越大。由于实验过程中室温一般都在不断升高（特别是上午实验），因此无法严格按书上步骤进行实验。思考题(1)有影响，因公式(5)是由绝热过程推导出来的，如不满足绝热条件是无法用此公式进行计算的。在实际操作中，读取和时都未等气体温度恢复为是因为读取时温度与相差甚小（0.20.4k），这样读出的与代入公式（5）计算误差也很小。(2)以最后留在瓶中的空气为工作物质，其PV图如左图。P I III 0 III V参考资料大学物理实验四川大学出版社物理量测量科学出版社大学物理实验清华大学出版社大学物理实验图防工业出版社热学高等教育出版社8