空气比热容比的测定
空气比热容比的测定
空气比热容比的测定在热学中比热容比是一个基本物理量。
过去，由于实验测量手段的原因使得对它的测量误差较大。
现在通过先进的传感器技术使得测量便得简单而准确。
本实验通过压力传感器和温度传感器来测量空气的比热容比。
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、实验原理理想气体定压摩尔热容量和定体摩尔热容量之间的关系由下式表示R C C v p =- （4-6-1）其中, R 为普适气体常数。
气体的比热容比γ定义为vp C C =γ（4-6-2）气体的比热容比也称气体的绝热系数，它是一个重要的物理量，其值经常出现在热力学方程中。
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γγ2011V P V P =（4-6-3）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：2211V P V P =（4-6-4）由（4-6-3）式和（4-6-4）式，可得)lg /(lg )lg (lg 1210P P P P --=γ （4-6-5）利用（4-6-5）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。
空气比热容比测定
空气比热容比测定空气比热容比测定是一种重要的热学实验方法，用于测定不同物质的比热容比。
该方法是通过对物质受热时温度变化的观察和测量，计算出其比热容比，从而了解其热学特性。
下面将详细介绍空气比热容比测定的方法、原理和实验步骤。
一、原理空气是一种常见的物质，其呈现一系列特殊的物理和化学性质。
空气比热容比是指在不同温度和预设压力下，单位质量的空气和单位质量的水的比热容。
比热容是指在给定的条件下，单位质量物质升高温度的热量。
合理地选择实验条件和合适的实验方法，能够准确地测定空气的比热容比，为空气的热学特性提供重要的参考数据。
二、实验步骤1.准备实验器材：热水槽、热水器、热量计、温度计、架子、各种试管和夹子等。
2.预热热水槽：将热水器加热至100℃，把热水倒入热水槽中进行预热。
这一步是为了使热水槽的温度达到定值，从而保证实验的准确性。
3.测定水的比热容：将一定质量的水倒入试管中，放进热水槽中。
温度计插入试管中，测得水的初始温度。
然后从热水槽中取出试管，快速固定在试管架子上。
此时，将先在水中加热若干时间后再试次，使温度升高相应的数值，否则会影响实验结果。
每次加热，必须要同时搅拌水中的水，使温度分布相对均匀。
每次结束后，记录好试管内水的温度变化，并计算出水的比热容。
4.测定空气的比热容比：打开空气泵，将空气抽入试管中。
试管必须使用夹子加固好。
将被测的试管和已知水的试管放在同一温度下（即热水槽中），放置一段时间后，记录空气试管的初始温度。
与步骤3相同，烘松空气试管，在热水槽中逐渐加热，记录温度变化。
最后计算出空气的比热容比。
5.整理数据：根据测得的数据，计算出空气的比热容比。
在记录实验数据时，需要注意精度问题，保证数据的准确性。
三、注意事项1、在进行空气的比热容比测定实验时，需注意仪器的精度和敏感度，以免影响实验结果的准确性。
2、空气试管不能过满，必须保持适当的密度。
3、在实验中应该避免操作失误，尤其是要避免粗心大意和急躁情绪。
空气比热容比的测量
空气比热容比的测量空气比热容比是指空气在一定条件下单位质量的比热容和常压下的比热容之比。
它是气体的热力学特性之一，具有重要的理论和实际应用价值。
在机械工程、热工学、燃气轮机等领域中，经常需要测量空气比热容比，以便判断热工系统的性能和优化设计。
空气的比热容是指在单位质量的物质中升高1度温度所吸收或释放的热量。
常压下的空气比热容Cp和容积比热容Cv分别为1.005 kJ/(kg·K)，0.718 kJ/(kg·K)。
而空气比热容比γ=Cp/Cv=1.4。
当气体分子自由运动的程度大于等于气体分子间距离时，气体可以看做是理想气体，此时γ为恒定值。
测量空气比热容比的方法很多，其中最常用的方法是等容法。
等容法是指将气体充满在容积固定的密闭容器中，加热至一定温度后测量气体压力的变化，从而得出其比热容比。
在测量中，需要注意以下几点：1. 测量前需要将容器内的空气抽气至低压（负压力），去除容器内残留的空气和水汽等杂质，以保证实验结果的准确性。
2. 测量过程中应尽量避免容器内的气体流动和对流现象，以确保气体温度均匀。
3. 测量时需要控制气体加热的速率和温度的稳定性，而且加热的时间不应过长，以免超过气体的极限耐受范围。
4. 在测量过程中，需将气体表面的压力以及容器外气体的温度、压力等参数同时测量，以便计算出实验结果。
通过等容法测量空气比热容比的实验步骤如下：1. 将密闭容器中的空气抽气至低压，达到真空状态，然后密闭容器。
2. 将容器放入稳定的温度控制设备中，并调节温度至所需的加热温度。
3. 开始对容器加热，保持恒定的加热速率和稳定的温度。
4. 在加热过程中，测量气体内部的压力和容器外部的温度和压力。
5. 当容器内部气体达到一定温度时，停止加热并记录气体内部的压力。
6. 计算出空气在不同温度下的比热容值，从而得出空气的比热容比γ。
通过等容法测量得到的空气比热容比可以与理论值做比较，从而判断实验结果的可靠性和精度。
空气比热容比的测定
空气比热容比的测定一、实验目的1.学习测量理想气体比热容比的原理和方法。
2.测量空气的比热容比。
二、实验仪器实验台，590AD 温度计模块，空气比热容比实验仪。
三、实验原理气体的定压比热容P C 与定容比热容V C 之比称为气体的比热容比，用符号r 表示，它被称为气体的绝热系数，是一个很重要的参量，经常出现在热力学方程中。
通过测量r ，可以加深对绝热、定容、定压、等温等热力学过程的理解。
对于理想气体：R C C V P =- （5-1）其中，R 为气体的普适常数。
仪器结构如图1所示，以贮气瓶内的气体作为研究对象进行如下实验过程：图1 空气比热容比实验仪结构图1.首先打开气阀1、2，使贮气瓶与大气相通，然后关闭气阀1、2，瓶内充满与周围空气同温同压的气体。
2.用气管分别将打气球和气阀1、气压计和气阀2连接起来，打开气阀1，用打气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭气阀1。
此时瓶内原来的气体被压缩，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，此时气体处于状态),,(011T V P I3.将连接在气阀1上的气管取下，迅速打开放气阀，使瓶内的气体与大气相通，当瓶内压强降到0P 时，立即关闭放气阀，将有体积为V ∆的气体喷泻出贮气瓶。
由于放气过程较快，瓶内的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热过程。
在此过程中作为研究对象的气体由状态),,(011T V P I 转变为状态),,(120T V P II4.由于瓶内温度1T 低于外界温度0T ，所以瓶内气体慢慢的从外界吸热，直到达到外界温度0T 为止，此时瓶内的压强也随之增大为2P ，即稳定后的气体状态为),,(022T V P III 。
从状态Ⅱ到状态Ⅲ为等容吸热过程。
气体的状态变化过程如图2所示：图2 气体的状态变化过程曲线II I →为绝热过程，有绝热过程方程得：rr V P V P 2011= （5-2）III I →为等温过程，由等温过程方程得：2211V P V P = （5-3）由（5-2）（5-3）可得：2101ln ln ln ln P P P P --=γ （5-4）由（5-4）可以看出只要测得0P ，1P ，2P 就可以得空气的比热容比r 。
空气比热容比的测定
空气比热容比的测定气体的定压比热容与定容比热容之比称为气体的绝热指数，它是一个重要的热力学常数，在热力学方程中经常用到，本实验用新型扩散硅压力传感器测空气的压强，用电流型集成温度传感器测空气的温度变化，从而得到空气的绝热指数；要求观察热力学现象，掌握测量空气绝热指数的一种方法，并了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。
【预习重点】1．了解理想气体物态方程，知道理想气体的等温及绝热过程特征和过程方程。
2．预习定压比热容与定容比热容的定义，进而明确二者之比即绝热指数的定义。
3．认真预习实验原理及测量公式。
【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．了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。
【实验原理】理想气体的压强P 、体积V 和温度T 在准静态绝热过程中，遵守绝热过程方程：PV γ等于恒量，其中γ是气体的定压比热容P C 和定容比热容V C 之比，通常称γ=V P C C /为该气体的比热容比（亦称绝热指数）。
如图1所示，我们以贮气瓶内空气（近似为理想气体）作为研究的热学系统，试进行如下实验过程。
（1）首先打开放气阀A ，贮气瓶与大气相通，再关闭A ，瓶内充满与周围空气同温（设为0T ）同压（设为0P ）的气体。
（2）打开充气阀B ，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀B 。
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 （1P ,1V ,0T ）。
（3）迅速打开放气阀A ，使瓶内气体与大气相通，当瓶内压强降至0P 时，立刻关闭放气阀A ，将有体积为ΔV 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。
在此过程后瓶中的气体由状态I （1P ,1V ,0T ）转变为状态II （0P ,2V ,1T ）。
空气比热容比的测定
空⽓⽐热容⽐的测定空⽓⽐热容⽐的测定⽓体的定压⽐热容与定容⽐热容之⽐称为⽓体的绝热指数，它是⼀个重要的热⼒学常数，在热⼒学⽅程中经常⽤到，本实验⽤新型扩散硅压⼒传感器测空⽓的压强，⽤电流型集成温度传感器测空⽓的温度变化，从⽽得到空⽓的绝热指数；要求观察热⼒学现象，掌握测量空⽓绝热指数的⼀种⽅法，并了解压⼒传感器和电流型集成温度传感器的使⽤⽅法及特性。
【预习重点】1．了解理想⽓体物态⽅程，知道理想⽓体的等温及绝热过程特征和过程⽅程。
2．预习定压⽐热容与定容⽐热容的定义，进⽽明确⼆者之⽐即绝热指数的定义。
3．认真预习实验原理及测量公式。
【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．了解压⼒传感器和电流型集成温度传感器的使⽤⽅法及特性。
【实验原理】理想⽓体的压强P 、体积V 和温度T 在准静态绝热过程中，遵守绝热过程⽅程：PV γ等于恒量，其中γ是⽓体的定压⽐热容P C 和定容⽐热容V C 之⽐，通常称γ=V P C C /为该⽓体的⽐热容⽐（亦称绝热指数）。
如图1所⽰，我们以贮⽓瓶内空⽓（近似为理想⽓体）作为研究的热学系统，试进⾏如下实验过程。
（1）⾸先打开放⽓阀A ，贮⽓瓶与⼤⽓相通，再关闭A ，瓶内充满与周围空⽓同温（设为0T ）同压（设为0P ）的⽓体。
（2）打开充⽓阀B ，⽤充⽓球向瓶内打⽓，充⼊⼀定量的⽓体，然后关闭充⽓阀B 。
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 （1P ,1V ,0T ）。
（3）迅速打开放⽓阀A ，使瓶内⽓体与⼤⽓相通，当瓶内压强降⾄0P 时，⽴刻关闭放⽓阀A ，将有体积为ΔV 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。
在此过程后瓶中的⽓体由状态I （1P ,1V,0T ）转变为状态II （0P ,2V ,1T ）。
空气比热容比的测定
实验二 空气比热容比和液体粘滞系数的测定(一) 空气比热容比的测定【实验简介】空气的比热容比 又称气体的绝热指数, 是系统在热力学过程中的重要参量。
测定 值在研究气体系统的内能, 气体分子的热运动以及分子内部的运动等方面都有很重要的作用。
如气体系统作绝热压缩时内能增加, 温度升高；反之绝热膨胀时, 内能减少, 温度降低。
在生产和生活实践中广泛应用的制冷设备正是利用系统的绝热膨胀来获得低温的。
除此以外, 测定比热容比还可以研究声音在气体中的传播。
由上可见, 测定气体的比热容比是一个重要的实验。
本实验采用绝热膨胀法测定空气的 值。
【实验目的】1.用绝热膨胀法测定空气的比热容比。
2.观察热力学过程中系统的状态变化及基本物理规律。
3.学习使用空气比热容比测定仪和福廷式气压计。
【实验仪器】空气比热容比测定仪（FD —NCD 型, 包括主机, 10升集气瓶连橡皮塞和活塞, 打气球, 硅压力传感器及同轴电缆, AD590温度传感器及电缆）、低压直流电源（VD1710—3A ）、电阻箱（或 定值标准电阻）、福廷式气压计（共用）。
【实验原理】1.理想气体的绝热过程有 , 叫做理想气体的比热容比或绝热指数。
和 分别是理想气体的定压摩尔热容和定体摩尔热容, 二者之间的关系为 （ 为普适气体恒量） 2.如图所示, 关闭集气瓶上的活塞 , 打开 , 用打气球缓慢而稳定地将空气打入集气瓶内, 瓶内空气的压强逐渐增大, 温度逐渐升高。
当压强增大到一定值时, 关闭 , 停止打气。
待集气瓶内的温度降至室温 状态稳定时, 这时瓶内气体处处密度均匀, 压力均匀, 温度均匀。
此时取瓶内体积为 的一部分气体作为我们的研究对象, 系统处于状态1 , 这部分气体在接下来的膨胀中体积可以恰好充满整个瓶的容积 。
突然打开活塞 进行放气, 放掉多余的气体, 使系统迅速的膨胀, 达到状态2 , 随即又迅速关闭 。
是环境大气压。
由于放气过程迅速, 可视为绝热过程, 故有1102PV PV γγ= （1）3.关闭 后, 瓶内气体的温度会由 缓慢回升至室温 , 与此同时, 压强也会逐渐增大。
空气比热容比的测量
实验4-4 空气比热容比的测量气体的比热容比γ(又称绝热指数)是一个重要的热力学参量，经常出现在热力学方程中。
测量γ的方法有多种，绝热膨胀测量是一种重要的方法。
传统的比热容比实验大多是利用开口U 型水银压力计或水压力计测量气体的压强，用水银温度计测量温度，测量结果较为粗略，实验误差大。
本实验采用的是高精度、高灵敏度的硅压力传感器和电流型集成温度传感器分别测量气体的压强和温度，克服了原有实验的不足，实验时能更明显地观察分析热力学现象，实验结果较为准确。
【实验目的】1．学习用绝热膨胀法测量空气的比热容比γ；2．观察和分析热力学系统的状态和过程特征，掌握实现等值过程的方法； 3．了解硅压力传感器和电流型集成温度传感器的工作原理，掌握其使用方法。
【实验原理】1．测量比热容比的原理气体受热过程不同，比热容也不同。
气体等容及等压过程的比热容分别称为定容比热容V C 和定压比热容p C 。
定容比热容是将kg 1气体在保持体积不变的情况下加热，当其温度升高C 1︒时所需的热量；而定压比热容则是将kg 1气体在保持压强不变的情况下加热，当其温度升高C 1︒时所需的热量。
显然，后者由于要对外作功而大于前者，即V p C C >。
气体的比热容比γ定义为定压比热容p C 和定容比热容V C 之比，即Vp C C =γ (4-4-1)测量γ的实验装置如图4-4-1所示。
我们以贮气瓶内空气作为研究的热力学系统，进行如下实验过程。
(1) 首先打开放气活塞2，贮气瓶与大气相通，再关闭放气活塞2，瓶内充满与周围空气同温同压的气体。
(2) 打开进气活塞1，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭进气活塞1。
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(室温)平衡，此时的气体处于状态Ⅰ),,(011T V p 。
1-进气活塞；2-放气活塞；3-AD590； 4-气体压力传感器；5-704胶粘剂图4-4-1 实验装置简图数字电压表(3) 迅速打开放气活塞2，使瓶内气体与大气相通，当瓶内气体压强降到0p 时，立即关闭放气活塞2，将有体积为V ∆的气体喷泻出贮气瓶。
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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。
过程③是一个绝热膨胀过程，满足理想气体绝热方程：
图5-2-1气体状态变化及V p -图
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12200P T P T γγ
--⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ (5-2-1) 过程④是一个等容吸热过程，满足理想气体状态方程：
0230
P T P T = (5-2-2) 将公式（5-2-2）代入公式（5-2-1），消去T 2／T 0可得：
两边取对数，得：
整理得：
2023
lg lg lg lg P P P P γ-=- (5-2-3) 根据公式（5-2-3），只要测出环境压强P 0、瓶内气体在绝热膨胀前的压强P 2及放气后经等容吸热回升至室温时的压强P 3，即可计算出空气的比热容比γ。
【实验仪器】
贮气瓶（含瓶、阀门、橡皮塞、打气球），扩散硅压力传感器，电流型集成温度传感器，数字电压表（三位半和四位半各一只），直流稳压电源（6V ）及电阻箱（取值5KΩ）。
【实验内容与步骤】
必做部分
1. 按图5-2-2接好仪器的电路。
开启电源，使仪器预热20 分钟；然后，用调零电位器将三位半数字电压表读数调到零。
2. 用气压计测定环境大气压强P 0，用水银温度计测定室温t 0。
3. 关闭放气阀、打开进气阀，用充气球将原处于环境大气压强P 0、室温T 0状态下的空气经充气阀压入贮气瓶中，待仪器三位半数字电压表读数介于120 到160mV 时，关闭进气阀并停止充气；观察并记录此过程中瓶内气体压强和温度的变化。
4. 静待一段时间，待瓶内空气温度降至室温T 0，记录仪器三位半数字电压表读数2P U 并计算出瓶内气体的压强P 2：P 2＝P 0＋(2P U ／2000)×105Pa 。
5. 突然打开放气阀，当贮气瓶内的空气压强降低至环境大气压强P 0时（放气声消失时），迅速关闭放气阀；观察此过程中瓶内气体压强和温度的变化。
6. 静待一段时间，待瓶内空气温度升至室温T 0；记录仪器三位半数字电压表读数3P U ,并计算出瓶内气体的压强P 3：P 3＝P 0＋(3P U ／2000)×105Pa 。
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136页 7. 利用公式（5-2-3）计算空气的比热容比γ值。
8. 重复3、4、5、6、7 步三次，由三次测量的1γ、2γ、3γ值计算平均值及相对误差。
图5-2-2 实验装置及连线示意图
注：AD590 的正负极请勿接错（红导线为正极、黑导线为负极）
HY1792-5S 单路直流稳定电源的输出电压为6V 。
选做部分
利用本实验装置测量在室温情况下，集成温度传感器的伏安特性曲线，从中求得该传感器在温度不变时电流不随电压改变的最小工作电压（此即满足该传感器输出电流I 和摄氏温度t 成线性关系的最小工作电压）。
【实验注意事项及常见故障的排除】
1. 由于各不同扩散硅压力传感器的灵敏度不完全相同，请勿相互借用不同组号的测定仪或贮气瓶。
2. 本实验所用的贮气瓶、进气阀、放气阀及其连接管均由玻璃材料制成的，属易碎品，实验中连线、关闭/开启阀门、用充气球充气时均要小心、仔细，更不允许在实验室中打闹、嬉戏。
3. 连接电路时要注意AD590 温度传感器输出极性及电源输出电压的大小（实验时应先将其输出调至6V 再接入回路）。
4. 压力传感器及数字电压表需预热和调零，待零点稳定后方可进行实验。
5. 由于热学实验受外界环境因素，特别是温度的影响较大，测量过程中应随时留意环境温度的变化。
测量时只要做到“瓶内气体在放气前降低至某一温度，放气后又能回升到同一温度”即可，这一温度不一定等于充气前的室温。
6. 放气时要迅速，并密切注意压力传感器输出数值的变化，一旦压力输出指示为零，立即关闭放气阀（一听到放气的气流声结束即关闭放气阀）。
7. 由于热力学实验受外界干扰因素的影响较大，测量空气的比热容比γ的实验结果介于
1.2 到1.4 之间都属正常测量结果。
【实验数据处理及分析】
=0t ℃ P 0 = Pa。