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时间:2020-08-18
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1、空气比热容比的测定大学物理实验1.了解绝热、等容的热力学过程及有关状态方程。2.测定空气的比热容比。实验目的1.学第一定律及定容比热容和定压比热容dQ=dE+dA=dE+PdV定容比热容Cv定压比热容实验原理由热力学第一定律(13-1)式,考虑在定压过,就有得到定压比热容与定容比热容的关系R是气体普适常数,为8.31J/mol·K,引入比热容为在热力学中,比热容比是一个重要的物理量,它与温度无关。气体运动理论告诉我们,与气体分子的自由度有关2.绝热过程系统如果与外界没有热交换,这种过程称为绝热过程在
2、绝热过程中,dQ=0。所以由热力学第一定律有dA=-dE或PdV=-nCvdT由气态方程PV=nRT,两边微分,得PdV+VdP=nRdT由上两式中消去dT,得两边除PV,即得对上式积分,就得到绝热过程的状态方程NCD-1空气比热容比测定仪、玻璃贮气瓶(压力传感器、温度传感器、进气阀、出气阀连接电缆固定于瓶盖)、充气球(打气球)和温度采样电阻。实验仪器空气比热容比的测量用一个大玻璃瓶作为贮气瓶。1.实验开始时,先打开放气阀B和进气阀A,打开充气开关(左旋充气球阀门C),使贮气与大气相通。将仪器显示的
3、气压差数调零(注意,仪器显示的是贮气瓶内气压与大气压P0的差)。实验内容2.然后关闭放气阀B,关闭充气开关(右旋拧紧气阀C),用打气球向瓶内送气,使瓶内气压上升,瓶中空气的温度也上升。当瓶内气压比大气压高5~6KPa时(瓶内气压与大气压之差由比热容比测定仪上显示),关闭进气阀A。这时瓶内气温略高于环境温度,因此瓶内空气与环境有热交换,使瓶内的气压与温度都不稳定,而是逐渐下降的。直到瓶内气温与环境温度相同时,瓶内气压趋于稳定值P1,这时瓶内气体处于P—V图中状态Ⅰ(P1、V1、T0)。这T0为环境温度
4、。这时记下仪器气压差显示值P1示(瓶内气压P1=P0+P1示)。3.后打开放气阀B,听到放气声,待放气声结束(仪器显示的气压差值为0)立即迅速关闭放气阀A,这时瓶内有一部分空气从瓶内放出,剩余在瓶内的空气气压下降到大气P0(仪器上显示的与大气压差为0)。由于放气过程极迅速,空气又是热的不良导体,因此剩在瓶内的那部分空气从状态Ⅰ(P1、V1、T0)到状态Ⅱ(P0、V2、T2)经历的过程是绝热过程(在放气过程中瓶内空气来不及与外界行热交换)。V2为贮气瓶体积,V1为保留在瓶中这部分气体在状态Ⅰ(P1、T
5、0)时的体积。4.放气后由于瓶内气压下降,使瓶内气温也下降到T26、热的状态方程Ⅱ到Ⅲ过程是等容过程两边取对数,即可解出要注意,仪器中压力传感器的示值是瓶内空气与大气的压力差,因此上式中P1、P2应该是仪器示值P1示、P2示,加上P0(P0=103kPa)即实验中温度的电压示值为10mV/℃,换算为实际温度时,将电压值除以10mV。次状态Ⅰ状态ⅢEr/%压力差P1示/kpa电压U/mv压力差P2示/kpa电压U/mv123456平均空气比热容比测量记录表P0=103KPaU0=数据处理
6、热的状态方程Ⅱ到Ⅲ过程是等容过程两边取对数,即可解出要注意,仪器中压力传感器的示值是瓶内空气与大气的压力差,因此上式中P1、P2应该是仪器示值P1示、P2示,加上P0(P0=103kPa)即实验中温度的电压示值为10mV/℃,换算为实际温度时,将电压值除以10mV。次状态Ⅰ状态ⅢEr/%压力差P1示/kpa电压U/mv压力差P2示/kpa电压U/mv123456平均空气比热容比测量记录表P0=103KPaU0=数据处理
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