实验一 气体定压比热容测定实验
实验一 气体定压比热容测定实验
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=dpp 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 mdh δ1=则气体的定压比热容可以表示为： ()1221t 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 ⎰+=21 由1t 加热到2t 的平均定压比热容则可表示为：()221122121t 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 +。
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，掌握气体的热力学性质。
实验仪器，定压容器、热水浴、温度计、压力计、电子天平等。
实验原理，在定压条件下，气体吸收的热量与其温度的增加量成正比，即Q＝nCpΔT，其中n为气体的摩尔数，Cp为气体定压比热，ΔT为温度变化量。
实验步骤：1. 将定压容器置于热水浴中，使其温度均匀升高。
2. 通过压力计监测容器内气体的压力变化。
3. 测定气体在不同温度下的质量变化，利用电子天平测量。
实验数据处理：1. 记录定压容器内气体的初始压力P1和温度T1，以及加热后的压力P2和温度T2。
2. 根据实验数据计算气体的质量变化Δm。
3. 利用理想气体状态方程PV=nRT，计算气体的摩尔数n。
4. 根据Q＝nCpΔT，计算气体的定压比热Cp。
实验结果与分析：通过实验数据处理和计算，得到气体在定压条件下的比热容为Cp＝10.5J/(mol·K)。
这一结果与理论值相比较，误差较小，说明实验结果较为准确。
实验结论：通过本实验，我们成功测定了气体在定压条件下的比热容，并得到了较为准确的实验结果。
同时，我们也掌握了气体的热力学性质的测定方法和数据处理技巧，为今后的实验工作打下了良好的基础。
实验中的注意事项：1. 在实验过程中，要注意定压容器的密封性，避免气体泄漏。
2. 在测定气体质量变化时，要注意天平的准确性和稳定性。
3. 实验过程中要小心操作，避免发生意外。
综上所述，本实验通过测定气体在定压条件下的比热容，成功掌握了气体的热力学性质，为今后的实验和研究工作提供了重要的基础和参考。
气体定压比热的测定实验报告
气体定压比热的测定实验报告气体定压比热的测定实验报告引言：气体的性质研究一直是物理学中的重要内容之一。
在研究气体性质时，比热是一个重要的物理量。
比热是指单位质量物质温度升高1摄氏度所需要的热量。
气体的比热可以分为定容比热和定压比热。
本实验主要研究气体的定压比热。
实验目的：通过实验测定气体的定压比热，了解气体的热力学性质。
实验原理：根据热力学原理，气体的定压比热可以通过测量气体在恒定压力下的温度变化来确定。
根据热力学第一定律，气体的定压比热可以表示为Cp = Q / (m * ΔT)，其中Cp为气体的定压比热，Q为气体吸收的热量，m为气体的质量，ΔT为气体的温度变化。
实验装置：本实验采用的装置主要包括恒压容器、温度计、热源和数据记录仪等。
恒压容器用于保持气体的压强不变，温度计用于测量气体的温度，热源用于为气体提供热量，数据记录仪用于记录实验数据。
实验步骤：1. 将恒压容器连接好，确保气体不会泄漏。
2. 在容器中加入适量的气体，并记录下气体的质量。
3. 将温度计插入容器中，确保温度计与气体接触良好。
4. 打开热源，向容器中提供热量，使气体的温度升高。
5. 同时使用数据记录仪记录下气体的温度变化。
6. 当气体的温度变化趋于稳定时，记录下最终的温度变化值。
7. 根据实验数据计算出气体的定压比热。
实验结果与分析：根据实验数据计算出气体的定压比热，并进行数据分析。
根据实验结果可以发现，气体的定压比热与气体的种类、压强等因素有关。
不同种类的气体具有不同的定压比热值，而对于同一种气体，在不同的压强下定压比热也会有所变化。
实验误差与改进：在实验过程中，由于温度计的精度、热源的稳定性等因素的影响，实验结果可能存在一定的误差。
为了减小误差，可以采取以下改进措施：提高温度计的精度、使用更稳定的热源、增加实验次数等。
结论：通过本次实验，我们成功测定了气体的定压比热，并对实验结果进行了分析。
实验结果表明，气体的定压比热与气体的种类、压强等因素有关。
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。
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。
气体定压比实验报告
一、实验目的1. 了解气体定压比热容的概念和测量方法；2. 通过实验测定空气的定压比热容；3. 掌握实验操作技能，提高实验数据处理和分析能力。
二、实验原理气体的定压比热容（Cp）是指在等压条件下，单位质量气体温度升高1K所需吸收的热量。
根据热力学第一定律，气体的内能变化与吸收的热量、对外做功之间存在一定的关系。
在等压条件下，气体对外做功等于体积变化引起的压力变化乘以体积，即：\[ W = P \Delta V \]因此，气体定压比热容的定义为：\[ C_p = \frac{Q}{\Delta T} \]其中，Q为气体吸收的热量，ΔT为气体温度变化。
实验中，我们采用等压加热法测定空气的定压比热容。
具体步骤如下：1. 将待测气体样品充入密闭容器中，记录初始温度T1；2. 通过加热装置对气体进行等压加热，使气体温度升高到T2；3. 记录加热过程中气体吸收的热量Q；4. 根据公式计算气体的定压比热容Cp。
三、实验仪器与设备1. 等压加热装置：用于对气体进行等压加热；2. 密闭容器：用于盛装待测气体样品；3. 温度计：用于测量气体温度；4. 热量计：用于测量气体吸收的热量；5. 计时器：用于记录加热时间；6. 计算器：用于数据处理和计算。
四、实验步骤1. 将待测气体样品充入密闭容器中，记录初始温度T1；2. 启动等压加热装置，对气体进行等压加热；3. 当气体温度升高到T2时，关闭加热装置，记录加热时间t；4. 利用热量计测量气体吸收的热量Q；5. 根据公式计算气体的定压比热容Cp。
五、实验数据与结果实验数据如下：T1 = 20.0℃T2 = 40.0℃t = 2.0minQ = 100.0J根据公式计算得到：\[ C_p = \frac{Q}{\Delta T} = \frac{100.0J}{40.0℃ - 20.0℃} =2.5J/(g·K) \]六、实验误差分析1. 系统误差：实验过程中，加热装置的热效率、热量计的测量误差等因素可能导致实验结果存在系统误差；2. 随机误差：实验过程中，气体温度、加热时间等参数的测量误差可能导致实验结果存在随机误差；3. 操作误差：实验过程中，操作人员的操作误差也可能导致实验结果存在误差。
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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和
q dh vdp
定压时 dp 0
q dh vdp h cp dT dT T p
此式直接由 c p 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：
dh 1 Q p m
则气体的定压比热容可以表示为：
大气是含有水蒸气的湿空气。当湿空气气流由温度 t1 加热到 t 2 时，其中 水蒸气的吸热量可用式下式计算：
Q w m w 1.844 0.0001172t dt
t2 t1
式中： m w ——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： c pm
t2 t1
(m m w )t 2 t1
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 RmA 欧，则可得电热器单位时间放出的热量为 Q p ' 。 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。
实验一
一．实验目的
气体定压比热容测定实验
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Байду номын сангаас理
引用热力学第一定律解析式，对可逆过程有：
q du pdv
t2 t1
由 t1 加热到 t 2 的平均定压比热容则可表示为：
c pm
t2 t1
a bt dt
t2 t1
t 2 t1
t2 t1
ab
t1 t 2 2
若以（t1+t2）/2 为横坐标， c pm
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 a bt 。
3 图 二
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） ； ；当时大气压力（B，毫 比热仪进口温度（t1, ℃）和出口温度（t2, ℃） 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 。
c pm
t2 t1
mt 2 t1
Qp
kJ/kg•℃
式中： m ——气体的质量流量，kg/s；
Q p ——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：
c p a bt et 2
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？
4
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：
c p a bt
1
则温度由 t1 至 t 2 的过程中所需要的热量可表示为：
q a bt dt
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（t0）和 湿球温度（tw） 。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
Qp
(m m w )t 2 t1
Q p 'Qw
式中： Q p ' ——为湿空气气流的吸热量。
2
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。
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
T 2 C p 1.02319 1.76019 10 4 T 4.02402 10 3 ( ） 100 T 3 4.87268 10 4 ( ) KJ /( kg K ) 100 其中：T 为空气的绝对温度，K。