【大学物理实验】空气比热容比测定实验

大学物理仿真实验报告

软件 04 姚伟 10038046

一．实验名称

空气比热容比测定

二．实验目的

1．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．学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。

三．实验原理

对理想气体的定压比热容Cp和定容比热容Cv之关系由下式表示： Cp—Cv=R （1） （1） 式中，R为气体普适常数。气体的比热容比r值为： r= Cp/Cv (2)

气体的比热容比现称为气体的绝热系数，它是一个重要的物理量，r值经常出现在热力学方程中。

测量r值的仪器如图〈一〉所示。实验时先关闭活塞C2，将原处于环境大气压强P0、室温θ0的空气从活塞C1，处把空气送入贮气瓶B内，这时瓶内空气压强增大。温度升高。关闭活塞C1，待稳定后瓶内空气达到状态I（P0，θ0，V1），V1为贮气瓶容积。

然后突然打开阀门C2，使瓶内空气与大气相通，到达状态II （P1，θ0，V后，迅速关闭活塞C2，由于放气过程很短，可认为是一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低，绝热膨胀过程应满足方程：

在关闭活塞C2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度θ0时，原状态为I（P1，θ0，V1）体系改变为状态 III（P2，θ0，V2），应满足：

由（3）式和（4）式可得到：

利用（5）式可以通过测量P0、P1和P2值，求得空气的比热容比r值。

四．实验装置

图〈一〉实验装置中1为进气活塞塞C1，2为放气活塞C2，3为电流型集成温度传感器AD590，它是新型半导体温度传感器，温度测量灵敏度高，线性好，测温范围为-50℃至150℃。AD590接6V直流电源后组成一个稳流源，见图〈二〉，它的测温灵敏度为1μA/℃，若串接5KΩ电阻后，可产生5mv/℃的信号电压，接0～2V量程四位半数字电压表，可检测到最小0.02℃温度变化。4为气体压力传感器探头，由同轴电缆线输出信号，与仪器内的放大器及三位半数字电压表相接。当待测气体压强为环境大气压P0时，数字电压表显示为0；当待测气体压强为P0+10.00KPa时，数字电压表显示为200mv；仪器测量气体压强灵敏度为20mv/KPa，测量精度为5Pa。

五．实验内容

1．按图〈一〉接好仪器的电路，AD590的正负极请勿接错。用Forton式气压计测定大气压强P0，用水银温度计测环境室温θ0。开启电源，将电子仪器部分预热20分钟，然后用调零电位器调节零点，把三位半数字电压表表示值调到0。

2．把活塞C2关闭，活塞C1打开，用打气球把空气稳定地徐徐进入贮气瓶B内。用压力传感器和AD590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P1和温度θ0值（室温为θ0）。 3．突然打开活塞C2，当贮气瓶的空气压强降低至环境大气压强P0时（这时放气声消失），迅速关闭活塞C2。

4．当贮气瓶内空气的温度上升至室温θ0时，记下贮气瓶内气体的压强P2。

5．用公式（5）进行计算，求得空气比热容比值。

六．数据记录与分析

（200mv读数相当于1.000±104Pa） P0(105Pa） P’1(mv) V’1(mv) P’2(mv) T’2(mv) r 149.5 1.0248 138.9 103.4 125.4 2410.7 2410.5 2410.4 38.9 32.1 22.3 2410.1 2410.1 2410.1 2410.1 1.407 1.343 1.366 1.367 2410.6 26.5 r=1.371，理论值r=1.402，百分差2.2％，比较小。

七．实验小结

1．本实验测定空气的比热容比，在实验操作过程中，一定要等到贮气瓶中压强稳定再进行读数，否则会引起较大误差。

2．在实验开始之前，应注意把调零电位器调至零点，否则对实验引起一定误差。

3．实验过程中，应按照实验步骤严格有序的进行实验，并认真记录实验数据，保持严谨求实的实验作风。