空气比热容比测定(实验讲义)

空气比热容比的测量

气体的定压比热容和定容比热容之比称为气体的比热容比，又称作绝热指数，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定空气的压强，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。

【实验原理】

设有一个带有两个活塞的容器，如图1所示：其中活塞1C 接充气球，活塞2C 与环境大气相通(大气压强为0P ，室温为0T )。若打开活塞1C (关闭活塞2C )，用充气球将空气

缓缓压入容器中，此时容器内气体压强增大，温度稍有升高，待气体温度下降至室温0T ，且压强稳定时，其压强为1P ，体积为1V 。 然后，关闭活塞1C ，并突然将活塞2C 打开，气体迅速喷出，待容器内空气回复到环境压强0P 时，将活塞2C 急速关闭。这时，原容器内空气的体积变2V (包括放出一部分气体)，温度降为1T 。容器内空气压强变化和温度变化都极快，以至于空气与容器壁之间来不及传递热量，此过程可看做绝热过程，因此满足：

g g ·=·2011V P V P (1)

式中，g 为气体绝热指数。活塞2C 关闭后，容器内空气温度回升。当回升到放气前初始状态温度0T 时，其压强为2P ，因此，放气前图1(a)至放气后气体温度回升到室温图1(c) 这一过程可视为等温过程，由理想气体状态方程得：

2211V P V P ·=· (2) 由公式(1)和公式(2)解得： 2

101p lg p lg p lg p lg --=g (3) 【实验仪器】

本实验采用的空气绝热指数测定仪如图2所示，它由扩散硅压力传感器P 、集成温度传感器)590AD (T 、数字电压表(二只)、直流稳压电源E 、固定取样电阻R 、大玻璃容

器、打气球及导线等组成。扩散硅压力传感器连同内部电源及数字电压表用于测量容器内的气体压强，该测量装置的转换灵敏度为kPa /mV 20，它显示的是容器内的气体压强大于容器外环境大气压的压强差值，集成温度传感器)590AD (T 为线性测量元件，它的灵敏度为C /A 00.1°m ，环境大气压强可以用福廷式气压计或指针式气压计测量。

【实验内容】

1.按图2接好仪器的电路，集成温度传感器的正负极请勿接错。图2中虚线框内部分都已

安装在仪表箱内，其中取样电阻W =k 5R 。用福廷式气压计测定大气压强0P ，用水银温度计测环境室温0q 。开启电源，让电子仪器部分预热min 20，然后用调零电位器调节零点，把用于测量空气压强的三位半数字电压表指示值调到0(活塞2C 已开启) 。

2.把活塞2C 关闭，活塞1C 打开，用充气球把空气稳定地徐徐压入贮气瓶内，然后关闭活塞1C 用压力传感器和590AD 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1P 和温度值0T 。

3．突然打开活塞2C , 使瓶内空气与大气相通，当瓶内压强降至0P 时，立刻关闭放气阀2C ，(放气声刚消失，由于气压计显示值存在滞后效应，实践证明，根据放气声来确定瓶内气压趋于0P 结果更准确)，将有体积为V D 的气体喷泻出贮气瓶。把瓶中保留的气体作为研究对象，由于放气过程较快，瓶内剩下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过程。在此过程进行之后，瓶中剩下的气体由状态I （011T ,V ,P ）转变为状态II （120T ,V ,P ），其中1V 为瓶中保留气体在状态I （01T ,P ）时所占的体积。这时瓶内气体温度降至1T 。

4.当贮气瓶内空气的温度上升至温度0T 时，记下贮气瓶内气体压强2P 。

5.把测得的瓶内压强值¢1P 、¢

2P 和0P (以mV 为单位)，把气压单位换算成kPa 或Pa ，并代入公式(3)，求得空气的比热容比g ，重复四次求平均值。（请参考附录）。 【思考题】

1.本实验中测量温度为什么要用集成温度传感器?它有什么优点?可否用水银温度计代替?

2.本实验必做部分3中，为何放气声消失时，必须迅速关闭活塞2C ?如果关闭较晚，会有什么结果?

FB739型空气比热容比测定仪使用说明

一、概 述

本实验仪器采用绝热膨胀法测量空气的比热容比g ，适用于大专院校普通物理热学与热力学实验教学。由于本仪器采用扩散硅压力传感器测量空气压强，用电流集成温度传感器测量空气温度，设计合理，结构安全可靠，实验结果精确。

二、仪器简介

本仪器主要由三部分组成：机箱（含数字电压表二只）、贮气瓶、传感器两只（电流型集成温度传感器590AD 一只，和扩散硅压力传感器各一只）

三、技术指标

1．贮气瓶：它包括玻璃瓶、进气阀、放气阀、橡皮塞

2．数字电压表：采用三位半数字电压表作硅压力传感器的显示仪表（测空气压强）、采用四位半数字电压表作为集成温度传感器显示仪表（测空气温度）

3． 扩散硅压力传感器配用三位半数字电压表，它的测量范围大于环境气压kPa 10~0，转换灵敏度为kPa /mV 20，测量精度为Pa 5。实验时，贮气瓶内空气压强变化范围约kPa 6。空气温度测量采用电流型集成温度传感器590AD ，该半导体温度传感器灵敏度高、线性好，它的灵敏度为C /A 1°m 。

四、 实验内容

1．测量空气的定压比热容与定容比热容之比。

2．观测热力学过程中空气状态变化及基本规律。

3．学习用传感器精确测量气体压强和温度的原理与方法。

五、 注意事项

1．实验时硅压力传感器请勿用手压，以免影响测量准确性。

2．玻璃活塞如有漏气，可用乙醚将油脂擦干净，重新涂真空油脂。

3．橡皮塞与玻璃瓶或玻璃管接触部位等处有漏气只需涂硅化橡胶，即可防止漏气。

4．由于硅压力传感器各只灵敏度不完全相同，一台仪器配一只专用传感器，请勿将显示器与压力传感器互换。

5. 放气时间太长或太短都将引入较大误差。

【数据表格】

1．数据表格 )kPa (P 0 )mV (P '1 )mV (T '1 )mV (P '2 )mV (T '2 )kPa (P 1 )kPa (P 2

g 38.101

2．表格中使用的主要公式： （1）)kPa (20/P P P '101+=；)kPa (20/P P P '202+=；其中0P 单位：kPa ；'1P 和'2P 单

位：mV ，20/P '1和20/P '2的单位：kPa

（2）2

101P lg P lg P lg P lg --=

g （mV 20读数相当于kPa 000.1）。