热物理基础实验讲义

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1、第一章工程热力学§1-1空气绝热指数的测定实验一、实验目的通过测量绝热膨胀和定容加热过程中空气的压力变化，计算空气绝热指数。理解绝热膨胀过程和定容加热过程以及平衡态的概念。二、实验原理气体的绝热指数定义为气体的定压比热容与定容比热容之比，以K表示，即。本实验利用定量空气在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气的绝热指数K。实验过程的P-V图如图1所示。图中AB为绝热膨胀过程；BC为定容加热过程。图1等容和绝热过程AB为绝热过程，（1）BC为定容过程，（2）假设状态A和C温度相同，则。根据理想气体的状态方程，对于状态A、C可得：（3）将（3）式两边K次方得：（4）113

2、由（1）、（4）两式得，，再两边取对数，得：（5）因此，只要测出A、B、C三状态下的压力且将其代入（5）式，即可求得空气的绝热指数k。三、实验装置空气绝热指数测定仪由刚性容器，充气阀、排气阀和U型差压计组成，如图2所示。空气绝热指数测定仪以绝热膨胀和定容加热两个基本热力过程为工作原理，测出空气绝热指数。整个仪器简单明了，操作简便，有利于培养学生运用热力学基本和公式从事实验设计和数据处理的工作能力，从而起到巩固和深化课堂教学内容的实际效果。图2空气绝热指数测定装置示意图1－有机玻璃容器；2－进气及测压三通；3－型压力计；4－气囊；5－放气阀门。四、实验步骤实验对装置的气密性要求较

3、高。因此，在实验开始时，应检查其气密性。通过充气阀对刚性容器充气，使U型压差计的水柱达到左右，记下值，5分钟后再观察值，看是否发生变化。若不变化，说明气密性满足要求；若变化，说明装置漏气。若漏气，检查管路连接处，排除漏气。若不能排除，则报告老师做进一步处理。此步骤一定要认真，否则将给实验结果带来较大的误差。113气密性检查完毕后可开始实验。分以下几步进行：首先使大容器内的气体达到状态A点。关闭放气阀，利用充气阀（即橡皮球）进行充气。使U型差压计的两侧有一个比较大的差值。等待一段时间，U型差压计的读数不再变化以后，记录下这时U型差压计的读数，则，为大气压力。然后进行放气使大容器内

4、的气体由A点达到状态B点。这是一个绝热过程，因此放气的过程一定要快，使放气过程中容器内气体和外界的热交换可以忽略。转动排气阀进行放气，并迅速关闭排气阀。这时U型差压计内读数在剧烈震荡不易读数，等U型差压计读数刚趋于稳定时立刻读出值，。继续等待U型差压计的读数变化。等到读数稳定后，读取值，。稳定过程需要几分钟。利用k_check.exe软件检查所测的实验数据，根据软件给出的结果总结操作中应该注意的问题。重复上述步骤，多做几遍，进行数据处理。五、数据记录及处理序号状态A状态B状态CK123　　　六、思考问题：1.放气操作时应注意什么？原因是什么？2.把实验结果与标准值做比较，并分析

5、造成误差的原因是什么。3.实验操作中的一个难点是读值，试分析的误差对结果的影响附：k_check软件使用方法：k_check软件是本实验室编制的一个检查实验数据的小程序。程序运行后，根据提示首先输入大气压值，然后依次输入，，值，程序就会给出计算出的绝热指数K。如果有几组数据需要检查，继续输入下一组，，值即可。113§1-2饱和蒸汽压力和温度关系实验一、实验目的通过观察饱和蒸汽压力和温度变化的关系，加深对饱和状态的理解，从而建立液体温度达到对应液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽p-t关系图表的编制方法观察小容积的泡态沸腾现象二、实验设备

6、图11–电接点压力表2–保温棉3–密封容器4–观察窗5–电加热器6–机壳7–调压器8–温度计9–测温管10–蒸馏水本实验使用可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验仪。实验装置主要由加热密封容器（产生饱和蒸汽）、电接点压力表、调压器（0~220V）、电压表、水银温度计（0~200℃）、测温管（管底注入少量机油，用来传递和均匀温度）和透明玻璃窗等组成（参见图1）。采用电接点压力表的目的，在于使用中能限制压力的意外升高，起到安全保护作用。三、实验原理　　考察水在定压下加热时水的状态的变化过程。随着热量的加入，水的温度不断升高。当温度上升到某温度值t时水开始沸腾。此沸腾温度称为该压力下的饱和

7、温度。同样，此时的压力称为饱和压力。继续加热，水中不断产生水蒸汽，随着加热过程的进行，水蒸汽不断增加，直至全部变为蒸汽，而达到干饱和蒸汽状态。对干饱和蒸汽继续加热，由蒸汽的温度由饱和温度逐渐升高。水在汽化过程中，呈现出五种状态，即未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽。在汽化阶段，处于汽液两相平衡共存的状态，它的特点是定温定压，即一定的压力对应着一定的饱和温度，或一定的温度对应着一定的饱和压力。四、实验方法和步骤熟悉实验装置的工作原理、性能和使用方法113将调压器指针置于零位，然