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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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C 1，2 为放气活塞C 2，3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C 2，将原处于环境大气压强为P 0、室温为T 0的空气经活塞C 1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C 1，待瓶内空气稳定后，瓶内空气达到状态Ⅰ（101,,V T P ）

，V 1为贮气瓶容积。 然后突然打开阀门C 2，使瓶内空气与周围大气相通，到达状态Ⅱ（),,220V T P 后，迅速关闭活塞C 2。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

r

r o r o r T p T p 1

1

11

--= （3-5-2） 在关闭活塞C 2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度T 0时，原气体的状态为Ⅰ（101,,V T P ）改变为状态Ⅲ（202,,V T P ）

，两个状态应满足如下关系： 0

21T p

T p o =

(3-5-3）

由（3-5-2）式和（3-5-3）式，可得

)lg /(lg )lg (lg 1210P P P P --=γ （3-5-4）

利用（3-5-4）式可以通过测量P 0、P 1和P 2值，求得空气的比热容比γ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P 2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 ：mv p p p 20/101+=

mv p p p o 20/22+=得出各自压强实际值，填入上表。 根据01

21

lg lg lg lg p p p p γ-=

- 分别求出：空气比热容：

3359.1)

24.109()85.103()24.109()1.102(1=--=

g g g g l l l l r

3314

.1)85.108()74.103()85.108()1.102(2=--=g

g g g l l l l r

3171

.1)

13.109()75.103()13.109()1.102(3=--=

g g g g l l l l r

提前关闭时：

4530

.1)36.109()31.104()36.109()1.102(4=--=

g g g g l l l l r

推迟关闭时：

3120

.1)

69.108()63.103()69.108()1.102(5=--=

g g g g l l l l r

其r 平均值为r=3281

.13

3

21=++r r r

标准差为：

003032

.02

)3171.13281.1()3314.13281.1()3359.13281.1(2

)

(2

222

=-+-+-=

-=

∑i

r r S

所以比热容003032.00±=r r =1.3281±0.003032

六．思考题

1.怎样做才能在几次重复测量中保证1

p 的数值大致相同？这样做有何好处？若

1

p 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

2

C 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。