空气比定压热容的测定

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空气比热容比的测量实验报告

空气比热容比的测量实验报告

空气比热容比的测量实验报告一、实验目的本实验旨在通过测量空气的比热容比,加深对热力学过程和热学基本概念的理解,掌握一种测量气体比热容比的方法,并培养实验操作和数据处理的能力。

二、实验原理空气比热容比γ定义为定压比热容Cp与定容比热容Cv之比,即γ = Cp / Cv。

在热力学中,理想气体的绝热过程满足方程:pV^γ =常数。

在本实验中,我们利用一个带有活塞的圆柱形绝热容器,容器内封闭一定质量的空气。

通过改变活塞的位置,使容器内的气体经历绝热膨胀或绝热压缩过程。

测量绝热过程中气体压强和体积的变化,从而计算出空气的比热容比。

三、实验仪器1、储气瓶:储存一定量的压缩空气。

2、打气球:用于向储气瓶内充气。

3、压强传感器:测量气体压强。

4、体积传感器:测量气体体积。

5、数据采集器:采集和记录压强和体积的数据。

6、计算机:处理和分析实验数据。

四、实验步骤1、仪器调试检查各仪器连接是否正确,确保无漏气现象。

打开数据采集器和计算机,设置好采集参数。

2、测量初始状态用打气球向储气瓶内缓慢充气,直至压强达到一定值,记录此时的压强p1和体积V1。

3、绝热膨胀过程迅速打开活塞,使气体绝热膨胀,记录压强和体积的变化,直到压强稳定,此时的压强为p2,体积为V2。

4、绝热压缩过程迅速关闭活塞,使气体绝热压缩,记录压强和体积的变化,直到压强稳定,此时的压强为p3,体积为V3。

5、重复实验重复上述步骤多次,以减小测量误差。

五、实验数据记录与处理以下是一组实验数据的示例:|实验次数| p1(kPa)| V1(mL)| p2(kPa)| V2(mL)| p3(kPa)| V3(mL)|||||||||| 1 | 1050 | 500 | 700 | 700 | 950 | 450 || 2 | 1080 | 480 | 720 | 720 | 980 | 460 || 3 | 1060 | 510 | 680 | 750 | 960 | 440 |根据绝热过程方程pV^γ =常数,可得:p1V1^γ =p2V2^γ (1)p2V2^γ =p3V3^γ (2)由(1)式除以(2)式可得:p1V1^γ /p3V3^γ =p2V2^γ /p2V2^γ即:p1V1^γ /p3V3^γ = 1γ = ln(p1 / p3) / ln(V3 / V1)将上述实验数据代入公式,计算出每次实验的比热容比γ,然后取平均值。

空气定压比热测定实验报告

空气定压比热测定实验报告

空气定压比热测定实验报告一、实验原理及过程简述实验原理:气体的定压比热定义为:Cp hT p在没有对外界作出功的气体的等压流动过程中,dh dQ g m,则气体的定压比热可表示为:Cpm T T12 Q g式中m —气体的质量流量,kg s Q g—气体在定压1m(T2 T1) 流动过程中的吸热量,kJ s低压气体的定压比热容通常用温度的多项式表示,例如空气的定压比热容的实验关系式:C p 0.9705 0.06791 10 3T 0.1658 10 6T 2kJ kg K在与室温相近的温度范围内,空气的定压比热容与温度的关系可近似看为线性的,可近似表示为:Cp a bT由T1加热到T2 的平均比热容T2 T(a bT)dt T TC pm T1a b 2 1kJ kg KT1T2 T1 2大气是含水蒸气的湿空气,当湿空气气流由T1 加热到T2时,其中水蒸气的吸热量T2可用下式计算:Q w m w (1.6878 0.5345 10 3)dTT1m w[1.6878(T2 T1) 0.2672 10 3(T22T12)] kJ s 式中,m w为气流中的水蒸气质量,kg s 。

于是,干空气的平均定压比热容由下式确定:Cpm T T12 Qg Q Qw kJ kg KT1m g(T2 T1) m g (T2 T1) Q w为湿空气气流的吸热量。

实验过程:1、用温湿度计表测量空气的干球温度(T0, K )及相对温度,由湿空气的焓-湿图确定含湿量,并计算出水蒸气的容积成分r w 。

2、调节加热器功率,使出口温度升高至一定温度,当实验工况稳定后测定每10升气体通过流量计所需时间( , s) ;比热仪进口温度(T1, K )和出口温度(T2,K);当地大气压力(B, Pa)和流量计出口处的表压( h, mmH 2O) ;电热器的功率W。

实验中需要计算干空气的质量流量m g 、水蒸气的质量流量m w ,电加热器的放热量,水蒸气吸收热量等数据并记录。

空气定压比热测定实验报告

空气定压比热测定实验报告

空气定压比热测定实验报告实验目的:1. 理解热容量的概念;2. 熟悉空气定压比热的测定实验方法;3. 掌握不同物质的空气定压比热的测定方法。

实验原理:在常压条件下,气体的温度升高 1 K 时,流经气体的热量为 Q,气体的空气定压比热容量定义为:$C_p=\frac{Q}{m\Delta T}$,其中,m 为气体的质量,$\Delta T$ 为气体温度的变化量。

实验仪器及材料:1. 恒温水槽2. 数字温度计3. 外径不同的玻璃管和橡胶管4. 热水5. 实验气瓶6. 大气压计7. 线性规8. 秤盘实验步骤:1. 将玻璃管垂直地插入坩埚中,用粘土将其封住;2. 将实验气瓶接在玻璃管上,用橡胶管连接管子和气瓶;3. 用热水调节恒温水槽的温度为30℃,将玻璃管浸入水槽中,调节玻璃管内的空气温度;4. 记录恒温水槽的温度和大气压力;5. 制备一个称重纸,将其置于秤盘上;6. 打开气瓶上的活门,用线性规的一端钳紧玻璃管口,用另一端在称重纸上挂重物,拉起玻璃管口使活门关闭;7. 记录下线性规的测量读数,用数码温度计测量水槽中的温度,记录大气压力;8. 将秤盘放入水槽中,用数码温度计测量秤盘的温度;9. 将水槽中的温度升高十度左右,重复上述操作直到气体温度升高十度左右;10. 记录实验数据。

实验数据记录:空气气瓶重量:m1 = 51.23g瓶子和气瓶的总重量:m2 = 255.70g秤盘重量:m3 = 2.56g线性规示值:L1 = 0.931cm恒温水槽温度:t1 = 30℃水槽中的温度:t2 = 42.3℃秤盘的温度:t3 = 41.8℃大气压力:P = 100.3kpa数据计算:1. 空气瓶质量:m = m2 - m1 = 204.47g2. 称重纸上的重物质量:m' = L1 * S,其中,S 为重物的比重,这里取 S = 8.96,得到 m' = 8.33g;3. 空气瓶内空气质量:m_air = m' - m3 = 5.77g;4. 空气定压比热容量:$C_p=\frac{Q}{m_{air}\Delta T}$,其中,$\Delta T=t2-t1=12.3℃$,$Q=\frac{g \cdotT_1}{S}=\frac{(m2+m){C_p}(t2-t3)}{S}$;5. 计算空气定压比热容量,得到 $C_p=1.01J/g·K$。

气体比热容的测定实验报告

气体比热容的测定实验报告

梧州学院学生实验报告成绩:指导教师:专业:班别:实验时间:实验人:学号:同组实验人:实验名称:气体比热容比的测定实验目的:测定空气分子的定压比热容与定容比热容之比γ值。

实验仪器:FB2 1 3型数显计、时计数毫秒仪、测试架、圆柱形储气瓶、球形储气瓶、皮管ACO一9602气泵、橡胶垫、电源线实验原理:气体的定压比热容Cp与定容比热容Cv之比γ=Cp/Cv,在热力学过程特别是绝热过程中是一个很重要的参数,通过测定物体在特定容器中的振动周期来计算γ值。

实验基本装置如图1所示。

钢球A的质量为m,半径为r(直径为d),当瓶子内压力P满足下面条件时,钢球A处于力平衡状态,这时,式中P L为大气压强。

物体A能在玻璃管B的小孔上下作简谐振动,振动周期可利用光电计时装置来测得。

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dp,物体的运动方程为:(1)因为物体振动过程相当快,所以可以看作绝热过程,绝热方程(2)将(2)式求导数得出:(3)将(3)式代入(1)式得:此式即为熟知的简谐振动方程,它的解为:(4)式中各量均可方便测得,因而可算出γ值。

【实验内容与步骤】一、实验仪器的调整1.将气泵、储气瓶用橡皮管连接好,装有钢球的玻璃管插入球形储气瓶。

当气泵的压力足够大时,为避免气压太大把钢球冲出,气泵出口的三通可暂时不用,采用单通道供气。

2.接通气泵电源,缓慢调节气泵上的调节旋钮,数分钟后,使钢球在玻璃管中以小孔为中心上下振动,即维持简谐振动状态。

二.振动周期测量接通FB213型数显计数计时毫秒仪的电源。

合上毫秒仪电源开关,预置测量次数为50次(N 次),毫秒仪显示出累计50个(N个)周期的时间。

重复以上测量5次,将数据记录到表2中。

三.其它测量用螺旋测微计和物理天平分别测出钢球的直径d和质量m,其中直径重复测量5次。

【数据记录与处理】1.求钢珠质量、直径及其不确定度:表1次数1 2 3 4 5 平均值项目质量m(×10-3Kg)直径d(×10-3m)平均值:, 不确定度:结果:平均值:, 不确定度:结果:2.求算钢球振动周期T:表2 设置测量周期个数N=50次数1 2 3 4 5 平均值项目N周期时间t(s)振动周期T(s)钢球震动周期:, 周期平均值:不确定度:结果:3、在忽略储气瓶II体积V、大气压P测量误差的情况下估算空气的比热容比及其不确定度【思考题】1.注入气体流量的多少对小球的运动情况有没有影响?2.在实际问题中,物体振动过程并不是十分理想的绝热过程,这时测得的值比实际值大还是小?为什么?。

空气比热容比实验

空气比热容比实验

测量空气的比热容比实验报告一、实验目的1.学习测定空气比定压热容和比定容热容之比的一种方法;2.观察热力学过程中状态变化及基本物理规律;二、实验原理一般地说,同种物质可以有不同的比热容,物质的比热容不仅与其温度有强烈的依赖关系,而且还取决于外界对物质本身所施加的约束.当压力恒定时可得物质的比定压热容c p,体积一定时可得物质的比定容热容c V.二者都是热力学过程中的重要参量,因此又称它们为主比热容.当然c p和c V一般也是温度的函数,但当实际过程中所涉及的温度范围不大时,二者均近似地视为常量.由于固体的热膨胀系数很小,因膨胀而对外界做的功一般可以忽略不及,所以,不必区分其比定压热容和比定容热容;液体的热膨胀比固体大得多,所以其c p和c V已相差比较大;对气体而言,两者必须加以严格区分.对理想气体,二者之间满足如下关系:c p−c V=R/M.由上式立即可以得出一个热力学中的重要物理量γ:γ=c pc V=1+RMcγ式中R表示气体普适常量;M表示气体摩尔质量;γ为气体的主比热容之比(简称比热容比).以比大气压p a稍高的压力p1,向玻璃容器中压入适量空气,并以与外部环境温度T e相等之时单位质量的气体体积(称为比体积或比容)作为V1,用图中的I(p1,V1,T e)表示这一状态.而后,急速打开放气活塞,使其绝热膨胀,使其压强降到大气压p a,并以状态II(p a,V2,T2)表示.由于变化是绝热膨胀,故T2<T e;所以若再迅速关闭放气活塞,并放置一段时间,系统将从外界吸收热量,且温度重新回到T e;因为吸热过程中体积V2不变,所以压力将随之增加到p2,即系统又变至状态III(p2,V2,T e).状态I→II的变化是绝热的,故满足泊松公式p1V1γ=p a V2γ由图中变化可知:状态III与I等温,故由波义耳定律可得:p1V1=p2V2由上两式可以求出:γ=ln p1−ln p aln p1−ln p2=lnp1p alnp1p2由上式可知,要测得γ,只需测得p1,p2,p a.如果以p1′和p2′分别表示p1与p a及p2与p a间的压力差,则有{p1=p a+p1′p2=p a+p2′将上式代入到γ表达式中,则有ln p1p a=ln(1+p1′p a)≈p1′p a及ln p1−ln p2=(ln p1−ln p a)−(ln p2−ln p a)≈p1′p a−p2′p a所以有γ=p1′p1′−p2′由上式可知,测得p1′和p2′即可求出空气的比热容比γ.三、实验仪器空气比热容比测定仪,储气瓶,传感器(温度,压力传感器)等.四、实验步骤1.测定环境气压p a及环境温度T e.开启电子仪器电源,预热.调节温度表至0mV.2.顺序完成I→III的状态变化过程.平稳地向储气瓶中压入适量气体后关闭进气活塞,待系统与外界达到热平衡(压力表指示稳定后),记录压力表数值p1′及温度表示数T1;之后,迅速打开放气活塞,待喷气声音停止后立刻关闭;待压力表示数稳定后,记录p2′及T2.3.在p1′数值大致相等(最好在T1=T2时读取p2′)的条件下重复实验,代入γ表达式,求出γi及其算数平均值.五、实验数据及分析1.实验数据记录如下:a ei p1′/mV T1i/mV p2′/mV T2i/mV(p1′−p2′)/mVγ=p1′p1′−p2′实验情况说明1100.81477.823.21477.777.6 1.299正常实验2100.81478.521.41478.579.4 1.270正常实验399.21479.323.51479.375.7 1.310正常实验4101.71480.024.81480.376.9 1.322正常实验5100.01480.823.51480.976.5 1.307正常实验6101.11481.523.81481.477.3 1.308正常实验7100.81482.117.61482.383.2 1.212放气时间过长8101.61482.923.11482.978.5 1.294打气速度快平均(除去7和8数据) 1.303μ=|1.402−1.303|1.402×100%=7.06% 3.以γi 作为原始数据,估测γ的测量不确定度. μγ=√(ðln γðp 1′)2(u p1)2+(ðln γðp 2′)2(u p2)2 s p1=√∑(p 1i ′−p 1′̅̅̅)26i=16−1=0.879 s p2=√∑(p 2i ′−p 2′̅̅̅)26i=16−1=1.111 在网络上查阅仪器说明书,查得压力表的换算公式为200mV =p a +10kPa (p a 已调节至0mV ),压力测量允差为5Pa ,由此可知本实验所用仪器压强测量允差为(换算为mV )0.1mV∆=0.1mVðln γðp 1′=1p 1′̅̅̅+1p 1′̅̅̅−p 2′̅̅̅=0.023 ðln γðp 2′=−1p 1′̅̅̅−p 2′̅̅̅=−0.013 u p1=√u A 2+u B 2=√u A 2+u B 2=√(√61.11)2+(√3)3=0.402 u p2=√u A 2+u B 2=√u A 2+u B 2=√(1.111√61.11)2+(0.1√3)3=0.507 μγ=√(ðln γðp 1′)2(u p1)2+(ðln γðp 2′)2(u p2)2=0.01135 则γ的测量不确定度为0.01135,最终结果为γ=1.303±0.01135×1.303=1.303± 0.015.4.实验误差来源分析本实验最终得到的空气比热容比为1.303,与真值1.402存在7.06%的误差.对于误差的来源分析如下:(1)实际气体并非理想气体,利用理想气体的规律推导出的计算公式,计算得到的数值,必然存在一定的误差;(2)实验过程中等的变化过程并非真正的准静态过程;(3)无法判断准确的放气时间,并不能精准控制,会造成一定的误差;(4)实验中所用的玻璃塞粘接的材料会存在一定程度的漏气.5.实验改进方案(或思考)(1)由所做第七组实验可以看出,如果放气时间过长,则会导致实验产生较大误差. 放气时间过长会导致实验误差比较大的原因是:由于系统不是严格绝热,在放气过程中外界与系统将产生热量交换,放气时间越长,热交换时间越长,误差越大.如果给系统加上绝热措施,判断会减小实验的误差.通过查阅资料及他人更详细的研究,得知,在给储气瓶包上绝热垫后,减少了绝热膨胀过程中外界向系统的热量传递,测量更加准确.综上所述,若使用耐压高的材料做瓶子,将瓶壁做薄,这样瓶子自身向气体传递的热量能显著减小,同时将瓶子外壁包上绝热材料,阻止周围环境向系统传热,放气过程趋于绝热,在这种情况下减缓放气速率,延长放气时间,则可以提高测量的准确性.六、注意事项1.注意系统密闭性,检查是否漏气;2.旋转活塞时不可动作过猛,防止活塞被折断;3.平稳压入气体,防止气压表超程;4.严格掌握放气活塞从打开到关闭的时间,否则会给实验造成较大的不确定度;5.注意掌握实验进程,防止因实验周期过长、环境温度较大变化对实验造成的影响;6.实验结束后将装置复原,注意将放气活塞打开,使容器与大气相同.七、实验思考1.本实验所研究气体的I,II,III状态分别与实验步骤中何时的气体对应?有什么特点?以比大气压p a稍高的压力p1,向玻璃容器中压入适量空气,并以与外部环境温度T e 相等之时单位质量的气体体积(称为比体积或比容)作为V1, I(p1,V1,T e)表示这一状态.而后,急速打开放气活塞,使其绝热膨胀,使其压强降到大气压p a,并以状态II(p a,V2,T2)表示.由于变化是绝热膨胀,故T2<T e;所以若再迅速关闭放气活塞,并放置一段时间,系统将从外界吸收热量,且温度重新回到T e;因为吸热过程中体积V2不变,所以压力将随之增加到p2,即系统又变至状态III(p2,V2,T e).2.本实验中研究的气体是哪一部分?为什么?研究的是储气瓶中的气体再加打入的气体(即一直研究气瓶中存在的气体).。

空气定压比热测定实验报告

空气定压比热测定实验报告

空气定压比热测定实验报告空气定压比热测定实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过实验测量空气的定压比热,并对理论值和实测值之间的误差进行分析和探讨。

通过这个实验,可以让学生更好地理解空气的热力学特性,提高实验操作能力和科学研究能力,为今后的科研工作打下基础。

二、实验原理热力学第一定律表明,能量不能被创造或消失,只能从一种形式转化为另一种形式。

热力学第二定律表明,热量自能量高的物体流向能量低的物体。

这些定律在空气的定压下比热测定实验中是非常重要的。

定压比热的定义为物质在固定压力下单位质量热容。

对于一个容器内的气体,温度升高后,气体分子的热运动增强,分子间相互碰撞的力量也会增大,从而使气体的内能增加。

根据热力学第一定律的原理,内能的变化量等于热量和做功之和。

由于在定压下,气体的压强保持不变,因此,气体所做的功可以表示为W=PΔV,其中P为气压,ΔV为气体体积的改变量。

当气体在定压下吸收一定量的热量Q 时,内能增加ΔU=Q-W,由此可得定压比热:Cp=Q/mΔT其中m为气体质量,ΔT为气体所吸收的温度变化(Tf-Ti)。

三、实验仪器1.定容量热器2.热电偶温度计3.电子天平4.压力计四、实验流程1.将热水倒入定容量热器中,温度调至室温+3°C。

2.测试质量为m=0.3g的铜棒的质量,并记录其质量。

3.将铜棒插入设有不漏气的塞子中的热水中,使其达到热平衡。

4.测量热水温度并记录为Ti。

5.将定容量热器加热,使温度上升至90°C左右,并记录温度Tf。

6.较为精确地将铜棒从热水中移动到定容量热器内,此时间隔应尽可能短。

7.立即记录塞子内铜棒的温度,再记录等待2-3分钟后铜棒温度的变化,直到温度基本稳定。

8.根据热力学公式,计算空气的定压比热。

9.重复以上实验,取得一系列数据,并计算试验值的平均值。

五、实验结果在实验中取得了以下数据:Ti = 24°CTf = 89°Cm = 0.3gΔT = 11°C充气前和充气后气压差值为ΔP=4.4kPa通过计算得出的定压比热实验值为Cp=1.008 J/g·℃。

实验一 气体定压比热的测定

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。

空气比热容比的测定

空气比热容比的测定

实验5—2 空气比热容比的测定理想气体的定压比热容C p 和定容比热容C v 之间满足关系:p v C C R -=,其中R 为气体普适常数;二者之比p v C C γ=称为气体的比热容比,也称气体的绝热指数,它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γ有关。

【实验目的】⒈ 用绝热膨胀法测定空气的比热容比。

⒉ 观测热力学过程中的状态变化及基本物理规律。

⒊ 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。

【实验原理】把原处于环境压强P 0及室温T 0下的空气状态称为状态O (P 0 ,T 0)。

关闭放气阀、打开充气阀,用充气球将原处于环境压强P 0、室温T 0状态下的空气经充气阀压入贮气瓶中。

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,气体压强稳定后,达到状态Ⅰ(P 1 ,T 1 )。

随后,瓶内气体通过容器壁和外界进行热交换,温度逐步下降至室温T 0,达到状态Ⅱ(P 2 ,T 0 ),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,当压强降至P 0时立即关闭放气阀。

此过程进行非常快时,可近似为一个绝热膨胀过程,瓶内空气压强减小、温度降低;气体压强稳定后,瓶内空气达到状态Ⅲ(P 0 ,T 2 )。

随后,瓶内空气通过容器壁和外界进行热交换,温度逐步回升至室温T 0,达到状态IV(P 3 ,T 0 ),这是一个等容吸热过程。

O (P 0 ,T 0 ) ① 绝热压缩→ Ⅰ(P 1 ,T 1 )② 等容放热→ Ⅱ(P 2 ,T 0 )③ 绝热膨胀→ Ⅲ(P 0 ,T 2 )④ 等容吸热→ IV(P 3 ,T 0 )其中过程①、② 对测量γ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T 0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③、④两个过程。

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气比定压热容的测定
一、实验目的
(1)了解比热容测定装置的设备组成及各设备的作用,掌握比热容测定方法。

(2)掌握本实验中的温度、压力、流量、热量等的测定方法。

(3)掌握计算比热值和求得比热容公式的方法,并计算空气的比定压热容。

(4)列表示平均比热容与温度的关系,并用方程表示。

二、实验原理
实验台通过在定压条件下加热空气,根据空气温度的变化和流量的大小测出空气的定压比热容,即根据()()[]K kg /kJ 1221•-=t t m Q c p t t p 确定,式中:m 为气体
的质量流量,kg/s ;p Q 为气体在等压流动过程中的吸热量,kJ/s 。

在距室温不很远的温度围,空气的比定压热容与温度的关系可近似认为是线性的,即可近似表示为bt a c p +=,由1t 加热到2t 的平均比热容为
2
)(21122121t t b
a t t bt a c t t t t p ++=-+=⎰,因此,若以221t t +为横坐标,p c 为纵坐标,则可根据不同温度围的平均比热容确定截距a 和斜率
b ,从而得出比热容随温度变化的近似关系式。

(1)空气中水蒸气容积成分iv ϕ的确定。

大气是含有水蒸气的湿空气,当湿
空气的温度由1t 加热到2t 时,根据布置在流量计出口的干湿球温度计读数t 、
w t ,从干湿球温度计的湿度表中查的空气的相对湿度ϕ,再由ϕ和干球温度t 从湿空气的焓湿图查出含湿量d ,则可用下式计算出空气中水蒸气的容积成分(也称为体积分数) %100622/1622/iv ⨯+=d d ϕ
式中:d 为含湿量,g (水蒸气)/kg (干空气)。

(2)湿空气的吸热量p Q 的确定。

当比热议出口空气温度稳定时,湿空气吸收的热量即为电热器消耗的电功率。

功率的测定方法有两种,一种是根据测量的电压和电流计算;另一种由功率表直接测量。

吸热量的单位为kJ/s 。

(3)干空气质量流量m 的确定

(15.27305.287/1000/10)1()8.9(iv 0+⨯⨯-⨯∆+==t h p T R V p m a a a a τϕ 式中:0p 为当地的大气压力,Pa ;a p 为干空气的压力,Pa ;a V 为干空气的体积,
m 3;a R 为干空气的气体常数,)(K kg J/•;h ∆为流量计出口处的表压力,mmH 2O ;t 为流量计出口处的温度,℃;τ为每10L 气体通过流量计所需的时间,s 。

(4)水蒸气质量流量m 的确定

(15.2735.461/1000/10)8.9(iv 0v v v v +⨯⨯⨯∆+==t h p T R V p m τϕ 式中:v p 为当地的大气压力,Pa ;v V 为水蒸气的体积,m 3;a R 为水蒸气的气体常数,J /(kg •K)。

(5)水蒸气吸热量v Q 的确定
[])(0002443.0844.11212v v t t t t m Q -+-=)( (kJ/s )
式中:1t 、2t 为气体流经比热仪主体的进、出口温度,℃。

(6)干空气的比定压热容计算
()()
()[]K kg /kJ 12a v 12a a 21•--=-=t t m Q Q t t m Q c p t t p 式中:a Q 为干空气的热流量,kJ/s 。

由以上计算过程可以看出,要计算干空气的比定压热容,需要测定的相关量分别是p 021w ,,,,,,,,Q d h p t t t t ∆τ。

三、实验装置及其规
实验装置由风机、湿式气体流量计(含温度计、U 行压差计)、比热仪主体、电功率调节及测量系统等四部分组成,如图1所示。

附属测量仪表有大气压力表、干湿球温度计、秒表,图2为比热仪主体结构示意图。

图1 比定压热容实验装置
图2 比热仪主体
实验时,被测空气(也可是其他气体)有风机经流量计送进比热仪主体,经加热、均流、旋流、混流后流出。

气体流量有节流阀控制,气体出口温度由输入电加热器的功率来调节。

该比热仪可测300度以下气体的定压比热容。

规:(1)切勿在无气流通过的情况下将加热器投入工作,以免引起局部过热而损坏比热仪主体。

(2)输入加热器的电压不得超过200V,气体出口最高温度不得超过200℃。

(3)加热和冷却要缓慢进行,防止比热仪主体因为温度骤变而破裂。

(4)测度表压力h
∆时,因液面上下波动,应读取其平均值。

(5)不许随意调整数控温度表的温度设定值。

(6)不要在靠近风机处方纸屑,以免将纸屑吸入系统或堵塞管道。

(7)试验结束后,应先关加热器,等
2
t降至30℃左右再停风机,最后关掉总电源。

四、实验步骤
(1)检查调压器的输出电压是否在零位状态,不再时,调至零位状态。

加热器和风机开关全部出于关闭状态(向下),节流阀全开。

(2)接通总电源,启动风机,摘下流量计出口温度计活塞,调节节流阀直至流量达到仪器上标注的额定值附近。

流出的空气流吹过干湿球温度计的湿纱布表
面,直至湿球温度计的读值恒定不变,记录湿球温度
w
t。

(3)将温度计活塞插回流量计,调大流量,使它仍保持在额定值附近。

当指针转动均匀时,用秒表测量流过流量计10L空气所需时间τ。

打开加热器开关,逐渐提高加热器功率,使出口温度升高至预计温度(最高不超过200℃)。

可根
据式
τt
P

≈12预先估计所需功率,式中:P为电功率,W;t∆为进出口温度差,℃;
为每流过10L空气所需时间,s。

t在10min之无变化或有微小起伏,即可(4)带出口温度稳定后(出口温度
2
视为稳定),读出并记录相关数据,填入数据记录表中。

(5)改变加热器功率使出口温度发生变化,带出口温度稳定后,再读取数据,如此重复不少于3次,以便进行数据整理及误差分析。

(6)测试结束后,将调压旋钮旋至输出电压零位,并切断加热器电源,但风机应继续运转,直至出口温度将至30℃以下后再停运,然后关闭总电源,结束实验。

五、数据记录与处理
1.常规数据记录
t=27℃
室温。

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