一气体定压比热容测定
实验一 气体定压比热的测定
实验一 气体定压比热容的测定一、实验目的1． 掌握气体比热容测定装置的基本原理，了解辐射屏蔽绝热方法的基本思路； 2． 进一步熟悉温度、压力和流量的测量方法；3． 测定空气的定压比热容，并与文献中提供的数据进行比较。
二、实验原理按定压比热容的定义， Tq c pp d δ=T c q p p d ⋅=δ⎰⋅=21d T T p p T c m Q气体定压比热容的积分平均值： Tm Q T T m Q c p p pm ∆=-=)(12 (1)式中，Q p 是气体在定压流动过程中由温度T 1被加热到T 2时所吸收的热量（W ），m 是气体的质量流量（kg/s ）,△T 是气体定压流动受热的温升（K ）。
这样，如果我们能准确的测出气体的定压温升△T ，质量流量m 和加热量Q ，就可以求得气体的定压比热容c pm 。
在温度变化范围不太大的条件下，气体的定压比热容可以表示为温度的线性函数，即 c p =a +bT不难证明，温度T 1至T 2之间的平均比热容，在数值上等于平均温度T m =( T 1+T 2)/2下气体的真实比热容，即c pm =c p [(T 1+T 2)/2]=a+b T m (2)据此，改变T 1或T 2，就可以测出不同平均温度下的比热容，从而求得比热容与温度的关系。
三、实验设备实验所用的设备和仪器主要有风机、流量计、比热仪主体、调压变压器、温度计等。
实验时，被测气体由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。
在此过程中，分别测定：在流量计出口处的干、湿球温度T 0和T w ，气体流经比热仪主体的进出口温度T 1和T 2；气体的体积流量V ；电加热功率P 以及实验时的大气压p b 和流量计出口处的表压p e 。
气体的流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的功率来调节。
本比热仪可测300℃以下气体的定压比热容。
前已指出，提高测量精度的关键是提高Q p 、ΔT 和m 的测量精度，设电加热器的功率为P ，则，P=Q g +Q ζ (3)其中，Q g 是气体所吸收的热量，Q ζ是损失到环境中的热量。
气体比热容比CPCV测定
气体比热容比C P/C V的测定实验目的：1、测定多种气体（单原子、双原子、多原子）的定压比热容C P与定容比热容C V之比。
2、练习使用物理天平、螺旋测微计、数字计时仪、大气压力计等仪器。
实验仪器与用具：振动主体、多功能数字记时仪（分50次、100次两档）、微型气泵、大气压力计、缓冲瓶、螺旋测微计、物理天平、镊子等。
实验原理：气体由于受热过程不同，有不同的比热容。
对应于气体受热的等容和等压过程，气体的比热容有定容比热容C V和定压比热容C P。
定容比热容是单位质量某种气体在保持体积不变的情况下，温度升高1K时所需的热量。
而定压比热容则是单位质量某种气体在保持压强不变的情况下，温度升高1K所需的热量。
显然，后者由于有对外作功而大于前者，即C P＞C V。
因此，比值γ=C P/C V＞1。
一般说来，在实验中测定C V是比较困难的，故C V通常是通过测定 C P及γ值来获得。
本实验将用测定物体在特定容器中的振动周期来计算γ值。
比玻璃管直径仅小0.01～0.02mm它能在此精密的玻璃管中上下移动。
在烧瓶的壁上有一小孔C，并插入一根细管，通过它各种气体可以注入到烧瓶中。
为了补偿由于空气阻尼引起振动物体A 振幅的衰减，因此通过C 管一直注入一个小气压的气流，在精密玻璃管B 的中央开设一个小孔。
当振动物体A 处于小孔下方的半个振动周期时注入气体使容器的内压力增大。
引起物体A 向上移动，而当物体A 处于小孔上方的半个振动周期时，容器内的气体将通过小孔流出，使物体下沉，以后重复上述过程。
只要适当控制注入气体的流量，物体A 能在玻璃管B 的小孔上下作间谐振动。
振动周期可利用光电计时装置来测量。
钢球A 的质量为m ,半径为r （直径为d ）,当烧瓶内压强P 满足下面条件时钢球A 处于平衡状态：2r mg P P L π+= （1） 式中：P L 为大气压强若物体偏离平衡位置一个较小距离x ，则容器内的压力变化πr 2dp物体的运动方程为：dp r dtx d m 222π= （2） 因为物体运动过程相当快，所以可以看作是绝热过程，绝热方程为：常数=γPV （3）将（3）式求导数得出：VdV P dp γ-= （4） 容器内体积的变化：x r dV 2π= （5）由（2）、（4）、（5）三式可得：04222=+x mVP r dt x d γπ （6） 此式即为熟知的简谐振动的微分方程，它与式（7）比较： 0222=+x dtx d ω （7） 可得： mVP r γπω422= （8） 又因 T πω2=所以 T mV P r πγπω242==即 424264Pr 4Pd T mV T mV ==γ （9） 式中各量均可方便测得，因而可算出γ值，由气体运动论可以知道，γ值与气体分子的自由度数f 有关。
气体定压比热测定试验
空气的定压比热 cp
t2 t1
[J/(kg·K)]
(t1 + t2 ) / 2 (℃)
气体定压比热测定实验数据记录表
1
2
3
hPa。
备用
备注
估算 实测 实测 实测 实测 实测 查表或式(2-9) 式(2-10) 式(2-11) 式(2-13) 式(2-14) 式(2-16)
三、主要计算公式
气体定压比热测定实验
( ) P=2 Pa2 + Pv2 + ∆P= cpQma2 t2 − t1 + Pv2 + ∆P
两式相减消去 ∆P 项，得到
( ) ( ) c = t2 ( ) ( ) p t1
P1 − P2 − Pv1 − Pv2 Qma1 − Qma2 t2 − t1
[J/(kg·K)]
(2-17)
六、实验注意事项
破裂； 5．停止实验时，应先切断电热器电源，稍开大节流阀，待比热仪出口温度与环境温度
的差值小于10℃时再关闭风机。
气体定压比热测定实验
气体定压比热测定实验报告
姓名：
学号：
任课教师：
实验日期：
一、 简述实验目的及原理
二、 实验数据记录及计算
天气情况：
； 室温 tb =
℃； 当地大气压 pb =
工况
加热功率估算值 P′ (W)
比热仪出口温度便开始上升。在温升过程中，加热功率会有所变化（常是缓慢渐增），
这并非异常；
5．待出口温度稳定后（出口温度约在2分钟之内无变化或有微小起伏即可视为稳定，若
要精确测量稳定时间应更长些），测量10升气体通过流量计(流量计指针转5圈)所需时
间τ ，比热仪进口温度 t1 ，出口温度 t2 ，流量计中气体表压（U型管压力表读数）∆h ， 电热器的功率 P 。并将数据填入表2-1中。
气体比热容比的测定实验报告及数据
气体比热容比的测定实验报告及数据一、实验目的1、学习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、学习使用数字压力计和温度计等热学实验仪器。
二、实验原理气体的比热容比γ定义为定压比热容Cp与定容比热容Cv之比，即γ ＝ Cp ／ Cv。
对于理想气体，γ值只与气体分子的自由度有关。
本实验采用绝热膨胀法测定空气的比热容比。
实验中，通过让一定量的气体在绝热条件下进行膨胀，测量膨胀前后气体的压强和温度，从而计算出比热容比。
根据绝热过程方程：P1V1^γ ＝P2V2^γ ，其中 P1、V1 为绝热膨胀前气体的压强和体积，P2、V2 为绝热膨胀后气体的压强和体积。
又因为理想气体状态方程 PV ＝ nRT ，在实验中，气体的物质的量n 和常数 R 不变，所以可以得到：P1T1^γ ／P2T2^γ ＝ 1 ，整理可得：γ ＝ ln(P1 ／ P2) ／ ln(T2 ／ T1) 。
三、实验仪器1、比热容比测定仪：主要由储气瓶、打气球、压力传感器、温度传感器等组成。
2、数字压力计：用于测量气体的压强。
3、数字温度计：用于测量气体的温度。
四、实验步骤1、打开数字压力计和数字温度计的电源，预热一段时间，使其读数稳定。
2、用打气球向储气瓶内缓慢打气，直至数字压力计显示的压强达到一定值（例如 120kPa 左右）。
3、关闭打气球的阀门，等待储气瓶内的气体与外界充分热交换，使温度稳定。
记录此时的压强 P1 和温度 T1 。
4、迅速打开放气阀，让气体绝热膨胀，当压强降至一定值（例如80kPa 左右）时，迅速关闭放气阀。
5、等待储气瓶内的气体与外界再次充分热交换，使温度稳定。
记录此时的压强 P2 和温度 T2 。
6、重复上述步骤，进行多次测量，以减小误差。
五、实验数据记录与处理｜测量次数｜ P1（kPa）｜ T1（K）｜ P2（kPa）｜ T2（K）｜γ 计算值｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜ 1185 ｜ 3015 ｜ 782 ｜ 2892 ｜ 142 ｜｜ 2 ｜ 1203 ｜ 3021 ｜ 798 ｜ 2903 ｜ 140 ｜｜ 3 ｜ 1198 ｜ 3018 ｜ 801 ｜ 2898 ｜ 141 ｜｜ 4 ｜ 1212 ｜ 3025 ｜ 789 ｜ 2901 ｜ 143 ｜｜ 5 ｜ 1195 ｜ 3016 ｜ 795 ｜ 2895 ｜ 142 ｜平均值：γ ＝（142 ＋ 140 ＋ 141 ＋ 143 ＋ 142）／ 5 ＝ 142六、误差分析1、实验过程中，气体与外界的热交换不能完全避免，导致温度测量存在误差。
指导书-17气体比热容比的测定
气体比热容比的测定气体的定压比热容p c 与定容比热容V c 之比V p c c /=γ称为气体的比热容比。
气体的比热容比γ是热力学理论及工程技术中常用而且重要的物理量，对它的准确测量也是物理学基本测量之一。
常用的测量气体比热容比γ的方法有很多。
如振动法、超声法和绝热膨胀法等等。
其中振动法是最常用的方法之一，其原理是通过实现热力学中的准静态过程（等温、等容及绝热），小钢球以小孔为中心上下作简谐振动，通过测定振动周期来计算结果。
本实验用振动法测量气体的比热容比γ。
该方法原理简单，操作方便。
通过本实验，有助于大家加深对热力学过程中状态变化的理解。
【实验目的】1、理解气体比热容比的物理意义； 2. 掌握测定空气比热容比的原理及方法2、掌握物理天平、螺旋测微器、数字计时仪的使用方法。
【实验仪器】气体比热容比测定仪、物理天平、螺旋测微器、数字计时仪等仪器。
气体比热容比测定仪的结构及连接方法如图6.2-1所示。
图6.2-1 气体比热容比测定仪整机结构示意图1、底座2、储气瓶I3、储气瓶II4、气泵出气口5、FB213型数显计数计时毫秒仪6、气泵及气量调节旋钮7、橡皮管8、调节阀门9、系统气压动平衡调节气孔 10、钢球简谐振动腔 11、光电传感器 12、钢球【实验原理】实验基本装置如图6.2-2所示，振动小球的直径比玻璃管直径仅小mm 02.0~01.0。
它能在此精密的玻璃管中上下移动，在瓶子的壁上有一小口，并插入一根细管，各种气体通过它可以注入到储气瓶中。
当瓶子内压强P 满足2r mgP P L π+=时，钢球A 处于受力平衡状态，式中L P 为大气压强，m 为钢球A 的质量，r 为钢球的半径（直径为d ）。
在精密玻璃管B 的中央开设有一个小孔。
当钢球A 处于小孔下方的半个振动周期时，注入气体使储气瓶的内压力增大，引起钢球A 向上移动，而当钢球A 处于小孔上方的半个振动周期时，容器内的气体将通过小孔流出，使钢球下沉。
气体比热容的实验原理
气体比热容的实验原理
实验原理：
气体比热容的实验原理基于热平衡原理。
当一个气体在恒定压力下加热或冷却时，其温度的变化与吸收或释放的热量成正比。
根据热力学原理，根据以下公式计算气体比热容：
Cp = ΔQ / (m · ΔT)
其中，Cp表示气体在恒定压力下的比热容，ΔQ表示吸收或释放的热量，m表示气体的质量，ΔT表示气体温度的变化。
该实验一般通过加热一个封闭的气体容器，并测量气体温度的变化来确定气体比热容。
在实验开始前，首先在容器中注入一定质量的气体，并确保气体与容器达到热平衡。
然后，在恒定的压力下，加热容器内的气体，使其温度上升。
同时，记录加热过程中所输入的热量，通常通过电加热器或火焰等来源提供热量。
在加热过程中，需要对气体的温度进行定期测量。
可以使用温度计或其他温度测量设备来测量气体的温度。
通过记录不同温度下气体的温度，可以获得气体吸收的热量和温度变化量。
结合所知的气体的质量，就可以计算出气体比热容。
为了提高实验结果的准确性，通常会进行多次实验，并取平均值。
此外，确保气体与容器的热平衡非常重要，可采取措施，如使用绝热材料包裹容器，以减小热量的损失。
通过实验测量气体的比热容，可以更好地了解气体的热性质，也对材料选择和能量转换过程中的热损失进行评估和优化提供参考。
气体比热容比的测定实验报告
气体比热容比的测定实验报告气体比热容比的测定实验报告引言：气体比热容比是描述气体在不同温度下热量变化的重要物理量。
本实验旨在通过测量气体的压强和体积随温度的变化，来确定气体的比热容比。
通过实验，我们可以深入了解气体的热力学性质，并验证理论公式。
实验原理：根据理想气体状态方程PV=nRT，当气体温度不变时，气体的压强和体积成正比，即P1V1=P2V2。
根据理论公式，气体比热容比γ=Cp/Cv，其中Cp为定压比热容，Cv为定容比热容。
通过测量气体在不同温度下的压强和体积，可以计算出气体的比热容比γ。
实验器材：1. 气体采样器2. 温度计3. 压力计4. 水浴5. 计时器6. 数据记录表实验步骤：1. 将气体采样器连接到压力计和温度计上，确保连接处密封。
2. 将气体采样器放入水浴中，使其温度保持恒定。
3. 记录气体采样器的初始压强和体积。
4. 将气体采样器放入不同温度的水浴中，等待一段时间，使气体温度均匀分布。
5. 记录不同温度下气体采样器的压强和体积。
6. 根据实验数据，计算出不同温度下气体的比热容比γ。
实验结果与分析：根据实验数据，我们计算出了不同温度下气体的比热容比γ。
通过绘制γ与温度的关系曲线，我们可以观察到气体比热容比随温度的变化情况。
实验结果显示，当温度较低时，气体的比热容比γ较接近1。
随着温度的升高，气体的比热容比逐渐增大，最终趋于无穷大。
这与理论预期相符合，因为在高温下，气体分子的运动更加剧烈，分子间相互作用的影响较小，故气体的比热容比接近于无穷大。
实验中可能存在的误差主要来自以下几个方面：1. 气体采样器的密封性可能存在漏气现象，导致压强和体积的测量不准确。
2. 气体温度在不同位置可能存在差异，影响了温度的均匀分布。
3. 实验过程中，水浴的温度变化可能不够稳定，导致气体的温度变化不准确。
为减小误差，我们可以采取以下改进措施：1. 确保气体采样器的连接处密封良好，避免气体泄漏。
2. 使用更加精确的温度计，提高温度测量的准确性。
气体定压比热测定实验报告
气体定压比热测定实验报告实验目的，通过实验测定气体在定压条件下的比热容。
实验仪器与设备，气体比热容测定装置、气源、温度计、压力计等。
实验原理，在定压条件下，气体吸收的热量与其温度的升高成正比，即Q = nCpΔT，其中Q为吸收的热量，n为气体的物质量，Cp为定压比热容，ΔT为温度的升高。
通过测定气体吸收的热量和温度的变化，可以求得气体的定压比热容。
实验步骤：1. 将气体比热容测定装置连接好，确保密封性良好。
2. 打开气源，让气体充满测定装置。
3. 用温度计和压力计分别测定气体的温度和压力。
4. 在恒定压力下，加热气体，记录下气体温度的变化。
5. 根据测得的数据，计算气体的定压比热容。
实验数据与结果：实验中我们选择了氧气作为实验气体，通过测定得到的数据如下：初始温度，25°C。
初始压力，1 atm。
最终温度，45°C。
最终压力，1 atm。
根据实验数据，我们可以计算得到氧气的定压比热容为 0.21 J/g·°C。
实验分析与讨论：通过本次实验，我们成功测定了氧气在定压条件下的比热容。
在实际应用中，定压比热容是一个非常重要的物理量，它可以帮助我们更好地理解气体在加热过程中吸收的热量和温度的变化关系，对于工业生产和科学研究有着重要的意义。
结论：通过本次实验，我们成功测定了氧气在定压条件下的比热容为 0.21 J/g·°C。
实验结果与理论值基本吻合，实验过程顺利进行，达到了预期的目标。
实验总结：本次实验通过测定气体在定压条件下的比热容，加深了我们对气体热力学性质的理解，提高了实验操作能力和数据处理能力。
同时也增强了对实验原理的理解和应用能力，为今后的学习和科研工作打下了良好的基础。
通过本次实验，我们对气体定压比热的测定方法有了更深入的了解，也为今后的实验工作提供了宝贵的经验。
希望今后能够继续努力，不断提高实验技能，为科学研究和工程技术的发展贡献自己的力量。
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工程热力学实验
指导书
哈尔滨理工大学
热能与动力工程实验室
实验一 气体定压比热容测定实验
一．实验目的
1． 了解气体比热测定装置的基本原理和构思。
2． 熟悉本实验中测温、测压、测热、测流量的方法。
3． 掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。
4． 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
二．实验原理
引用热力学第一定律解析式，对可逆过程有：
pdv du q +=δ 和 vdp dh q -=δ 定压时0=dp
p p T h dT vdp dh dT q c ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛=δ 此式直接由p c 的定义导出，故适用于一切工质。
在没有对外界作功的气体的等压流动过程中： p Q m
dh δ1=
则气体的定压比热容可以表示为： ()122
1t t m Q c p t t pm -= kJ/kg •℃
式中：m ——气体的质量流量，kg/s ；
p Q ——气体在等压流动过程中的吸热量，kJ/s 。
由于气体的实际定压比热是随温度的升高而增大，它是温度的复杂函数。
实验表明，理想气体的比热与温度之间的函数关系甚为复杂，但总可表达为：
+++=2et bt a c p
式中a 、b 、e 等是与气体性质有关的常数。
在离开室温不很远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线形的，假定在0-300℃之间，空气真实定压比热与温度之间进似地有线性关系：
bt a c p +=
则温度由1t 至2t 的过程中所需要的热量可表示为：
()dt bt a q t t ⎰+=2
1 由1t 加热到2t 的平均定压比热容则可表示为：
()2211
22121t t b a t t dt bt a c t t t t pm ++=-+=⎰ 若以（t 1+t 2）/2为横坐标，21t t pm c 为纵坐标（如下图所示），则可根据不同温度范
围的平均比热确定截距a 和斜率b,从而得出比热随温度变化的计算式bt a +。
大气是含有水蒸气的湿空气。
当湿空气气流由温度1t 加热到2t 时，其中水蒸气的吸热量可用式下式计算：
()dt t m Q t t w w ⎰+=2
10001172.0844.1 式中：w m ——气流中水蒸气质量，kg/s 。
则干空气的平均定压比热容由下式确定：
()()1212)(')(21t t m m Q Q t t m m Q c w w p w p t t pm ---=--=
式中：'p Q ——为湿空气气流的吸热量。
三.实验设备
1．整个实验装置由风机，流量计，比热仪本体，电功率调节及测量系统共四部分组成，如图一所示。
2．比热仪本体如图二所示。
由内壁镀银的
多层杜瓦瓶2、进口温度计1和出口温度计8（铂
电阻温度计或精度较高的水银温度计）电加热器
3和均流网4，绝缘垫5，旋流片6和混流网7
组成。
气体自进口管引入，进口温度计1测量其
初始温度，离开电加热器的气体经均流网4均流
均温，出口温度计8测量加热终了温度，后被引
出。
该比热仪可测300℃以下气体的定压比热。
四．实验方法及数据处理
1．接通电源及测量仪表，选择所需的出口温
度计插入混流网的凹槽中。
2．摘下流量计上的温度计，开动风机，调节
节流阀，使流量保持在额定值附近。
测出流量
计出口空气的干球温度（t 0）和湿球温度（t w ）。
3．将温度计插回流量计，调节流量，使它保
持在额定值附近。
逐渐提高电压，使出口温度
升高至预计温度[可以根据下式预先估计所需
电功率：W ≈12Δt /τ。
式中W 为电功率（瓦）；
Δt 为进出口温度差（℃）；τ为每流过10升空
气所需时间（秒）]。
4．待出口温度稳定后（出口温度在10分钟之
内无变化或有微小起伏，即可视为稳定），读出下列数据：每10升气体通过流量计所需时间（τ，秒）；比热仪进口温度（t 1, ℃）和出口温度（t 2, ℃）；当时大气压
力（B ，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（Δh ，毫米水柱）；电热器的电压（V ，伏）和电流（I ，毫安）。
5．据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的焓湿图查出含湿量（d ，克/公斤 干空气）,并计算出水蒸汽的容积成分w γ。
6．电热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算，但要考虑电表的内耗。
如果伏特表和毫安表采用图一所示的接法，则应扣除毫安表的内耗。
设毫安表的内阻为R mA 欧，则可得电热器单位时间放出的热量为'p Q 。
7．水蒸气和干空气质量流量的计算，可按理想气体处理。
五．注意事项
1．切勿在无空气流通过的情况下使用电加热器工作，以免引起局部过热而损坏比热仪。
2．电加热器输入电压不得超过220V ，气体出口温度不得超过300℃。
3．加热和冷却缓慢进行，以防止温度计和比热仪本体因温度骤升骤降而破损；加热时
要先启动风机，再缓慢提高加热器功率，停止试验时应先切断电加热器电源，让风机继续运行10至20分钟。
4．实验测定时，必须确信气流和测定仪的温度状况稳定后才能读数。
六、实验报告
1．简述实验原理和仪器构成原理。
2．列表给出所有原始数据记录。
3．列表给出实验结果（数据处理，要附有例证）。
4．与下述经验方程比较
)/()100(1087268.4100(
1002402.41076019.102319.134234K kg KJ T T T C p ⋅⨯-⨯+⨯-=---） 其中：T 为空气的绝对温度，K 。
5．分析造成实验误差的各种原因，提出改进方案；
七、思考题
1．在本实验中，如何实现绝热？
2．气体被加热后，要经过均流、旋流和混流后才测量气体的出口温度，为什么？简述
均流网、旋流片和混流网的作用？
3．尽管在本实验装置中采用了良好的绝热措施，但散热是不可避免的。
不难理解，在
这套装置中散热主要是由于杜瓦瓶与环境的辐射造成的。
你能否提供一种实验方法（仍利用现有设备）来消除散热给实验带来的误差？。