空气比热容比测定实验.doc

空气比热容比的测定
【实验目的】

1. 学习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。

【实验仪器】

VJ-NCD-Ⅲ空气比热容比综合实验仪、实验装置、数字温度计实验模板、万向光电门、VJ-HMJ-I数字毫秒计
【实验原理】
1、 数字式温度计设计

⑴成温度传感器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于-50℃—+150℃之间温度测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极——发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管生产是基极电压的离散性，均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。因此它具有不宜受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。具有很好的线性特性。
⑵AD590的工作电源范围+4V—+30V，在终端使用一只取样电阻（一般为10K），即可实现电流到电压的转换。测量精度比电压型的高，其灵敏度为1微安/伏。
⑶如果AD590集成温度传感器的灵敏度不是严格的1.000微安/℃，而是略有差异，可改变取样电阻的阻值，使数字式温度计的测量误差减少。
⑷绝对温度跟摄氏温标的转换：T（K）=273.2+t（℃）。
2.绝热膨胀法测定空气的热容比：
若以比大气压P0稍高的压力P1向容器内压入适量的空气，并以与外部环境温度T1相等之单位质量的气体体积（称为比体积或比容）作为V1，如下图中的I（P1，V1，T1）表示这一状态。然后急速打开阀门，即令其绝热膨胀，降至大气压力P0，并以II（P2，V2，T2）表示该状态。由于是绝热膨胀，T2〈T1，所以，若再迅速关闭阀门并放置一段时间，则系统将从外界吸收热量且温度升高至T1；因为吸热过程中体积（比容）V2不变，所以，压力将随之增加为P3；即系统又变至状态III（P3，V3，T3）。因此态I至状态II的变化是绝热的，

图2
故满足泊松公式：
(1)
而状态III与状态I是等温的，所以，玻意耳定律成立，即：
（2）
由⑴及⑵式消去V1、V2可解得：
（3）

可见，只要测得测量，，的值可测量出空气的比热容
如果用⊿，⊿分别表示，与大气压强的差值时，则有：
=+⊿；=+⊿ （4）
将⑷式代入⑶式，并考虑到〉〉⊿，〉〉⊿，则：

及

所以： ⑸
同样，只要用压力计测得实验过程中，时与的压力差⊿，⊿，即可通过 ⑸
式求出比热容比。
【实验内容与步骤】
绝热膨胀法测定空气的比热容比
1. 用电缆线和导线连好实验装置、数字温度计实验模板和仪器面板。
2. 调节数字温度计实验模板上的取样电阻，室温由0.1℃的温度计测得（实验室提供）；
3. 调节使IC2输出为室温t（℃）
4. 打开出气阀；调节仪器“调零钮”使压强差值为零；
5. 关闭出气阀，挤压打气球，向容器内压入适量的空气（压强差值不应超过15kPa）,压强为P1，观察温度 、压强差的变化，记录此状态 I（P1，V1，T1）的⊿ 、T1的值。
6. 打开出气阀，即令其绝热膨胀，降至大气压强，变为状态II（P2，V2，T2），由于是绝热膨胀，，再迅速关闭阀门并放置一段时间，则系统温度将升至，压强将随之增加为，其状态为III（P3，V3，T3），记录此状态时⊿ 、T1值。
注：打开出气阀放气时，当听到放气声将结束时应迅速关闭出气阀，
7. 根据⑸式，即可求出空气的比热容比
8. 重复以上步骤进行多次测量（如5次、10次）求平均值。

【注意事项】
1. 向容器内压入空气时，压强差值不超过15kpa;
2. 实验内容6打开出气阀放气时，当听到放气声将结束时应迅速关闭出气阀，提早或推迟关闭出气阀，都将影响实验要求，引入误差。由于数字电压表有滞后显示，如用计算机实时测量，发现此放气时间约零点几秒，并与放气声产生消失一致，而且关闭也需要零点几秒的时间，所以关闭出气阀用听声更可靠些；
3. 实验要求环境温度基本不变、如发生环境温度不断下降情况，可在远离实验仪适当加温，以保证实验正常进行。

【数据记录及处理】

⊿（kpa）
⊿（kpa）
（kpa）

【思考题】
1. 该实验的误差来源主要有哪些？
2. 如何检查系统是否漏气？如有漏气，对实验结果有何影响？
3. 对该实验提出改进意见，或设计一套新的实验方案。
注：空气的公认值：C=1.0032， C=0.7106，g＝1.412。