气体定压比热测定
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。
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。
气体定压比热测定实验报告
气体定压比热测定实验报告一、实验目的1、了解气体定压比热测定装置的基本原理和结构。
2、掌握测量气体定压比热的实验方法。
3、加深对热力学第一定律和比热概念的理解。
二、实验原理根据热力学第一定律，对于一个闭口系统，在定压过程中，系统吸收的热量等于焓的增加。
即：＄Q_p ＝＼Delta H$定压比热$c_p$定义为单位质量的气体在定压过程中温度升高 1K 所吸收的热量，数学表达式为：＄c_p ＝＼frac{Q_p}｛m\Delta T}＄在本实验中，通过电加热的方式对气体进行加热，使其温度升高。
同时，测量气体的流量、进出口温度、加热功率等参数，从而计算出气体的定压比热。
三、实验设备1、气体定压比热测定仪由主体部分、加热系统、测温系统、流量测量系统等组成。
主体部分为一圆柱形风道，内有加热丝和测温热电偶。
加热系统采用可控硅调压电源，实现对加热功率的调节。
测温系统采用热电偶测量气体进出口温度，精度为 01℃。
流量测量系统采用转子流量计，测量范围为 001~01m³/h。
2、秒表用于测量加热时间。
四、实验步骤1、接通电源，打开仪器开关，预热 10 分钟。
2、调节流量计，使气体流量稳定在某一值。
3、记录气体的初始温度$T_1$和环境温度。
4、接通加热电源，调节加热功率，开始加热。
5、每隔一定时间记录一次气体的出口温度$T_2$和加热功率，直到出口温度升高 10~15℃。
6、关闭加热电源，继续记录气体出口温度，直至温度稳定。
7、改变气体流量，重复上述步骤进行测量。
五、实验数据记录与处理｜实验序号|气体流量（m³/h）｜加热功率（W）｜初始温度 T1（℃）｜出口温度 T2（℃）｜加热时间（s）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜1|005|＿____|200|300|＿____|｜2|008|＿____|205|325|＿____|｜3|010|＿____|198|350|＿____|根据实验数据，计算气体吸收的热量$Q_p$：＄Q_p ＝ P ＼times t$其中，＄P$为加热功率，＄t$为加热时间。
气体定压比热测定实验
气体定压比热测定实验气体定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一。
实验中涉及温度、压力、热量（电功）、流量等基本量的测量；计算中用到比热及混合气体（混空气）方面的知识。
本实验的目的是增加热物性研究方面的感性认识，促使理论联系实际，以利于培养同学分析问题和解决问题的能力。
一、实验目的和要求1. 了解气体比热测定装置的基本原理和构思。
2. 熟悉本实验中的测温、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求得比热公式的方法。
4. 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
二、实验装置和原理装置由风机、流量计、比热仪主体、电功率调节及测量系统等四部分组成（如图一所示）。
图一实验装置比热仪主体如图二所示。
实验时，被测空气（也可以时其它空气）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：空气在流量计出口处的干、湿球温度（t0，t w）；气体经比热仪主体的进出口温度（t1，t2）；气体的体积流量（V）；电热器的输入功率（W）；以及实验时相应的大气压（B）和流量计出口处的表压（Δh ）。
有了这些数据，并查用相应的物性参数，即可计算出被测气体的定压比热（C pm ）。
气体的流量由节流阀控制，气体出度由输入电热器的功率来调节。
本比热仪可测300℃以下的定压比三、实验步骤和数据处理1. 接通电源及测量仪表，选择所需口温度计插入混流网的凹槽中。
2. 摘下流量计上的温度计，开动风调节节流阀，使流量保持在额定近。
测出流量计出口空气的干球温度（和湿球温度（t w ）。
3. 将温度计插回流量计，调节流量它保持在额定值附近。
逐渐提高电热率，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：τtW ∆≈12图二 比热仪主体 式中：W 为电热器输入电功率（瓦）；Δt 为进出口温度差（℃）；τ为每流过10升空气所需的时间（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升空气通过流量计所需时间（τ,秒）；比热仪进口温度——即流量计的出口温度（t 1,℃）和出口温度（t 2℃）；当时相应的大气压力（B ，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（Δh ，毫米汞柱）；电热器的输入功率（W ，瓦）。
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 $C_p=1.01J/g·K$。
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：在没有对外界作出功的气体的等压流动过程中，，则气体的定压比热可表示为： 式中 —气体的质量流量，—气体在定压流动过程中的吸热量，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：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：由T 1加热到T 2的平均比热容大气是含水蒸气的湿空气，当湿空气气流由T 1加热到T 2时，其中水蒸气的吸热量可用下式计算： 式中，为气流中的水蒸气质量，。
于是，干空气的平均定压比热容由下式确定：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。
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；比热仪进口温度和出口温度；当地大气压力和流量计出口处的表压；电热器的功率W 。
实验中需要计算干空气的质量流量、水蒸气的质量流量，电加热器的放热量，水蒸气吸收热量等数据并记录。
pT h Cp ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=mQ d dh g=)(1221T T mQ CpmgT T -=m s kg gQ s kJ 263101658.01006791.09705.0T T C p --⨯+⨯-=K kg kJ ⋅bT a Cp +=2)(12122121T T ba T T dtbT a C T T T Tpm ++=-+=⎰Kkg kJ ⋅dT m Q T T w w⎰-⨯+=21)105345.06878.1(3 )](102672.0)(6878.1[2122312T T T T mw -⨯+-=- s kJ w ms kg )()(121221T T m Q Q T T m Q Cpm g wg g T T --=-= K kg kJ ⋅wQ),(0K T ϕw r ),(s τ),(1K T ),(2K T ),(Pa B ),(2O mmH h ∆g m w m图二4.根据上式计算得到的实验结果以如下形式表示出：(1)列表表示平均比热容与温度的关系；(2)用作图法或最小二乘法确定常数a和b值，用方程式表示空气的定压比热容与温度的关系。
热力学-实验指导书
实验一 气体定压比热容测定实验一、实验目的1、了解气体比热容测定装置的基本原理和构思；2、掌握本实验热工参数温度、压力、湿度、热量、流量的测量方法。
二、实验原理可将本实验装置的本体部分简化为一开口稳定流动系统，本体部分保温非常好，近似无散热损失，且系统对外并无功的输出，当系统达到平衡时，工质的焓变等于电热器的放热量。
即：()Q t t c q P m =-12()[]12t t q Q c m P -=式中：c p 为空气的定压比热容，kJ/(kg ·℃)t 1为空气在本体部分的入口温度，℃ t 2为空气在本体部分的出口温度，℃ Q 为电加热器的放热量，kW q m 为空气的质量流量，kg/s本实验测定干空气的定压比热容，因此需额外测定湿空气的参数。
将水蒸气的影响从总量中除去，则利用上式可计算干空气的热容。
实验过程中要求测定三个不同温度下的定压比热容值。
测量与计算过程涉及参数较多，具体过程如下：1、根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，从湿度空气的焓湿图查出含湿量（d,g/kg 干空气），并根据下式计算出水蒸气的容积成分：622/1622/d d r w +=（1）2、电热器消耗的功率可由功率表读出，则单位时间电热器的放热量为：Q=kW IV 310⨯ （2）3、干空气流量为：s kg t h P r T R q p q b w og v g mg /)15.273(06.872100010)81.9)(1(0+⨯∆+-==τ （3）4、水蒸汽流量为：s kg to h P r T R q P q b w w vw mw /)15.273(51.614100010)81.9(0+⨯∆+==τ （4）5、水蒸汽吸收的热量为：()()[]kWt t t t q dtt q Q mw mw w 2122122100021.0850.1)00042.0850.1(-+-=+=⎰ (5)6、干空气的定压比热容为：⋅--=-=kg kJ t t q Q Q t t q Q cmg wmg g t t pm ()()(121221℃） （6）三、实验设备1、整个装置由风机、流量计、比热仪本体、电功率调测量系统组成，如图1所示。
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1
干气体定压比热测定实验
干气体定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一。
实验中涉及温度、压力、热量（电功）、流量等基本量的测量；计算中用到比热及混合气体（混空气）方面的知识。
一、实验目的
1. 了解实验装置的基本原理和结构。
2. 熟悉温度、压力、热量、流量等基本量的测量方法。
3. 掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。
4. 分析产生误差的原因及减小误差的途径。
二、实验原理
本实验测定的是干空气的定压质量比热P C ，而不是定压容积比热P C ¢。
P C :P =const 时，1kg 气体温度升高1K 时所吸收的热量，kJ/(kg K) ； P
C :P =const '时，1Nm 3气体温度升高1K 时所吸收的热量，kJ/(kg K) 。
根据定义，对于1kg 工质，
P q C t
=
D kJ/(kg K) （1）
对于mkg 工质，
P Q C m t
=
D kJ/(kg K) （2）
在这里我们所求的就是干空气的定压质量比热P C ，“干”用下标“g ”表示，即
g P g Q C m t
=
D kJ/(kg K) （3）
各参数值的测定如下：
（1）t ∆测定：我们将一定流量的气体通入比热仪，在比热仪中队气体进行加热后气体流出。
这样，气体进入比热仪与流出比热仪就存在了温度差t ∆，只要我们在比热仪进口设置温度计1t 和出口设置温度计2t ，即可求出21-t t t ∆=。
（2）g m 的测定：由于干空气的质量不好测定，我们可以测定空气的质量流量g m kg/s ，干空气符合理想气体定律：
g g g P V m R T =
kg/s （4）
分母上，g R 为干空气的气体常数，287J/(kg K)g R = ；
0T 为干空气热力学温度，00(273.15)T t K =+
分子上，g P 为空气中干空气的分压力，根据道尔顿分压定律，
g g P P r = Pa （5）
空气绝对压力b P B P =+；
B 为大气压，可用大气压力计测出；
b P 为U 型管比压计测出的压力，U 型管比压计中介质为水，则
9.8b P h =∆ Pa （6）
h ∆为U 型管比压计两管液面高度差，mmH 2O 。
g r 为干空气的容积百分数，我们把空气分成两个部分，一部分是水蒸气，刨除水蒸气以
外就是干空气，那么1g w r r =-；
/6221/622
w d r d =
+（7）
d 为含湿量，
可以通过查湿空气焓湿图求得，只要在焓湿图上确定入口空气的干球温度1t 和湿球温度w t ，即可求出d 。
V 为干空气流过时所拥有的体积，显然，空气流过时，干空气、水蒸气同时占有整个空
间，在空间中均匀分布，即流过时的容积既是干空气的溶剂量，又是水蒸气的容积量。
我们用湿式流量计进行测定：
310
10V τ
-=
⨯3m /s （8）
10升是指流量计指针转5圈的容积量，τ为转5圈所用的时间。
（3）g Q 的测定：
在实验中，我们采用电加热方式，对空气的加热功率为P ，则
310Q P -=⨯kJ/s （9）
实验中，电加热的是空气，既有干空气，又有水蒸气，因而：
g w Q Q Q =-kJ/s （10）
（4）w Q 水蒸气吸热量测定：
22
21211.833()0.00015555()w w Q m t t t t ⎡⎤=-+-⎣⎦kJ/s （11）
（5）w m 水蒸气的质量流量测定：
w w w P V m R T =
kg/s （12）
式中，w R 为水蒸气的气体常数，471.5J/(kg K)w R = ；
w P 为空气中水蒸气的分压力，根据道尔顿分压定律，
w w P P r Pa （13）
三、实验装置
实验装置由风机、湿式流量计、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）。
图1 气体定压比热测定装置图
1.风机；
2.调节阀；
3.湿式流量计；
4.U 型管比压计；
5.温度计；
6.温度计；
7.比热仪本体；8.多层杜瓦瓶；9.混流网；10.旋流片；11.绝缘垫；12.均流网；13.电热器；
14.电功率表；15.测温表；16.风机开关；17.加热开关；18.加热电功率调节器
比热仪本体是由多层杜瓦瓶包裹，内部布置有加热线圈，在出口处设置有均流网、旋流片、混流网，是为了出口温度计测定的温度为最高的平均温度；同时设置绝缘垫，是为了避免温度计直接接触电加热丝，影响温度测定。
四、实验方法与步骤
（1）接通电源，开动风机。
空气被鼓风机鼓出经流量调节阀进入湿式流量计，然后再由湿式流量计进入比热仪本体。
调节流量调节阀，使得在比热仪本体出口有空气流出。
（2）接通电加热系统，调节电功率调节器，使初始加热电功率在20W 左右，对比热仪本体中流过的空气进行加热。
等待出口温度计温度稳定，读出湿式流量计转两圈所用时间τ，读出U 型管比压计液面高度差Δh ，读出空气入口干球温度1t 、湿球温度w t 、出口温度2t ，电功率P ，读出大气压力B ，读出流量计出口干球温度0t 。
（3）调节电功率调节器，使得电功率升高5W 左右，等待出口温度计稳定，重复（2）中读数过程。
（4）通过调节电功率调节器，使得每次电压升高5W 左右，可以依次获得4~6组实验数据，记录在数据表中。
（5）实验数据记录完后，电功率调节器归零，关闭电源，再关闭风机电源，实验结束。
五、数据记录及整理 1、记录和计算：
实验设备名称：气体定压比热测定仪设备编号： 大气压力B= Pa
表1 气体定压比热测定实验记录表
表2 气体定压比热测定实验计算表
六、分析思考题：
分析比热随温度的变化关系。
假定在0~300℃之间，空气的真实定压比热与温度之间近似的有线性关系，则由1t 到2t 的平均比热为：
2
1
2
1
1221
()2
t t t Pm t a bt dt t t C
a b
t t ++=
=+-ò
因此，若以
122
t t +为横坐标，21
t Pm
t C 为纵坐标，则可根据不同的温度范围内的平均比热确
定截距a和斜率b，从而得到比热随温度变化的计算式，并且画出此关系图。
七、注意事项：
（1）切勿在无空气流过的情况下进行通电加热，以免引起过热烧损仪器；
（2）输入电压不得超过220V，气体出口温度不得超过300℃；
（3）加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪本体因骤热骤冷损坏；
（4）停止实验要先切断电加热器电源，风机继续运行15分钟后再切断风机电源。