测定空气的比热容比

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1、测定空气的比热容比目的要求１．学习测定空气定压比热容与定容比热容之比的一种方法；２．实地考察热力学系统状态变化过程的特征。３．学习用传感器精确测定气体压强和温度的原理与方法。比热容比同种物质可以有不同的比热容：当压力恒定时可得物质的定压比热容，体积一定时可得物质的定容比热容,它们为主比热容。当然，及是温度的函数，但当实际过程所涉及的温度范围不大时，二者可视为常数。对于理想气体，二者之间满足如下关系：式中R表气体普适常数；μ表气体的摩尔质量。由上式可以得出一个热力学中的重要物理量：(28.1)其中，称为气体的主比热容之比（简称比热容比）。它在绝热或近于绝热

2、的过程中有许多应用。例如：气体的突然膨胀或压缩以及声音在气体中的传播都与该比值有关。原理以比大气压稍高的压力，向玻璃容器压入适量空气，并以与外部环境温度相等之时单位质量的气体体积(称为比体积或比容)作为，用图28-1中的Ⅰ表示这一状态。而后，急速打开放气活塞“B”，亦即使其绝热膨胀，降至大气压强，并以状态Ⅱ表出。由于是绝热膨胀，；所以，若再迅速关闭活塞“B”、并放置一段时间，系统则将从外界吸收热量，且温度重新升高至；因为吸热过程中体积不变，所以，压力将随之增加为，即系统又变至状态Ⅲ（）。因状态Ⅰ→Ⅱ的变化是绝热的，故满足泊松公式：(28.2)而状态Ⅲ与Ⅰ

3、是等温的(图中由虚线表出)，所以，玻意耳定律成立，即：(28.3)由式(28.2)及(28.3)消去，并求解得：(28.4)可见，只要测得压强及，就可求出。如以和分别表示对应及与的压力差，则有：(28.5)现将式(28.5)代入式(28.4)，并考虑到，则：(28.6)可见，只要测得及，即可通过式(28.6)求出空气的比热容比。仪器用品FD-NCD空气比热容比测定仪，6V直流电源，5kΩ标准电阻及环境温度计(大气压力计)等。注意事项1.注意系统密封性，检查是否漏气；2.旋转活塞时不可动作过猛，以防活塞折断；3.压入气体时要平稳，不要使表（１）超程；4.严

4、格掌握放气活塞从打开到关闭的时间，否则会给实验结果带来较大的不确定度；5.注意掌握实验进程，防止实验周期过长、环境温度发生较大变化对实验造成的影响；6.实验完毕将仪器整理复原，并注意将放气活塞“B”打开，使容器与大气相通。实验内容１．按图（28-3）连接仪器电路，AD590正负极切勿接错。测定环境气压Pa及环境温度Te。开启电子仪器部分的电源预热20分钟，调节表（１）至0mV。２．熟悉实验装置，正确使用活塞“A”、“B”及用压力传感器测量容器内外之压力差；同时进行粗测，以寻求由状态Ⅰ→Ⅱ的过程进行的时间(即放气时间)，并注意观察物理现象。３．顺序完成Ⅰ→

5、Ⅲ的状态变化过程。平稳地向“V”内压入适量气体后关闭进气活塞“A”，待系统与外界达到热平衡〔表(１)指示稳定〕后，记录表(１)指示及表(2)指示T1；然后迅速打开放气活塞“B”，待喷气声音停止时立刻关闭；待表(１)指示稳定后，再记录及T2。４．在数值大致相同的条件下重复实验8-10次，分别代入式(28.6)，求出及其算术平均值。考查题１．泊松公式成立的条件是什么？为什么说由本实验测得的结果比较粗糙？２．说明打气过程中，以及系统在Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ诸过程中活塞“A”、“B”所处的位置。３．怎样做才能8~10在次的重复测量中保证的数值大致相同？这样做有何好处？若很不

6、相同，对实验有无影响？４．如果从停止打气到读取，以及从停止放气到读取的时间都很短,分别对测量结果带来什么影响？若都很长，对测量结果有影响吗？为什么？５．本实验有哪些注意事项？思考题１．由状态Ⅰ到状态Ⅱ的放气过程可视为绝热过程的条件是什么？在此过程中，活塞“B”从打开到关闭的时间过长或过短，对测量结果有何影响？试分析说明并通过实验验证之。２．假定实验的热力学过程是准静态的，试参照图28-1分别在图及图上绘出状态Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ的过程曲线。３．现已假定、分别代表绝热膨胀前、后空气的比容，在此假定下，本实验所考察的热力学系统是什么？若重新假定绝热膨胀后仍留在“Ｖ”中

7、的那部分空气作为我们所考察的热力学系统，对实验有影响吗？在后一种假定下，及将等于什么（设容器体积为）？4．试比较由式(28.4)及式(28.6)所求的结果，由此说明式(28.6)的近似程度。5.试计算系统从状态Ⅰ→Ⅱ的温度改变量，与测得的结果进行比较并说明原因。此值与气体质量的多少是否有关？与压强差呢？6.试求的测量不确定度及结果表达式。7.大些好还是小些好？试由测量不确定度理论估计根据式(28.6)计算时参数的最佳选取值。