空气比热容比的测量

南昌大学物理实验报告课程名称： 普通物理实验（2）实验名称：空气比热容比的测量学院： 理学院专业班级:应用物理学152班学生姓名：学号：实验地点：理生楼B615座位号:23实验时间： 第七周星期五下午16点开始、实验目的：1. 用绝热膨胀方法测定空气的比热容比。2. 观察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。二、实验仪器：气压计，空气比热容比测定仪。三、实验原理：1.测量比热容比的原理气体的比热容比Y定义为比定压热容c和比定容热容比C之比，称为 pV气体的绝热指数。cV实验装置如图一所示。以储气瓶内空气作为研究的热力系统(注意：不 是实验开始时瓶中的全部气体)，进行如下实验过程。1)2)首先打开放气活塞2,贮气瓶与大气相通，再关闭放气活塞2,瓶内充满与周围空气同温同压得气体。打开进气活塞1,用充气球5向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭进气活塞1。此时瓶内空气被压缩，压强 增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即可达到与周围温度平衡，此时气体处于状态I ( p，V，T)。1 1 03)迅速打开放活塞2,使瓶内气体与大气相通，当瓶内气体压强降到时，立刻关闭放气活塞2,0是绝热膨胀过程。此后瓶中保留的气体由状态I (p，V，T )转变为状态II(p , V ,该过程可以看作T)，V为储1 24)5)气瓶体积，V为保留在瓶中这部分气体在状态I ( p，T1时的体积。由于瓶内气体温度T低于室温T，所以气体慢慢从外界吸热,1 0直至达到室温T为止，稳定后达到状态III( P ,V，T)。从状态II到状态III的过程可以看成是一个等容吸热过程。2 0由绝热过程方程得绝状态i状姦II等容吸鬆状态III由气体物态方程得联立上述式子得ln p - In p In p py =10 =10ln p - ln p ln p . p1 2 1 22. 空气比热容比测定仪本实验采用差压传感器来测量玻璃瓶内气体的压强。传感器输 出电压和压强的变化呈线性关系，即U = U + K （P - P）iP i 0K U -UK p=mp00i为被测气体压强；p为大气压强，u为C、D端电压差等工（P -P）于 i 0时传感器的输出电压值；U 为C、D两端压差等于零是传感器的输出电压值；U 为C、D两端压差等 0m于P时传感器的输出电压；由此可根据下式求出气体压强0图18-5差压传感器外形图1-电源输人（+）；2信号输出（+）3 电源输入（-）；4信号输出（）四、实验内容和步骤:1. 连接好仪器电路，开启电源，将电子仪器预热lOmin，然后用调零电位器调节零点，把三位半数字电压表示值调 到0.2. 用气压计测量大气压强P，用水银温度计测量环境温度t （室温）。0 03. 如实验原理中所述，先打开放气活塞2,将电压显示值调节为0。打开进气活塞，用充气球5向瓶内打气，使瓶内 压强升高（使数字电压表显示值为120mV）,关闭进气活塞1。待瓶中气体温度降到与室温相同且压强稳定时（约35分钟），瓶内气体状态为I （ p，T ），记下p，。1 0 14. 迅速打开放气活塞2,使瓶内气体与大气相通，由于瓶内气压高于大气压，瓶内部分气体突然喷出，发出“嗤” 的声音。当瓶内气压降至P时（“嗤”声刚结束），立刻关闭放气活塞2,此时瓶内气体状态为II （ p，T） 0 0 15. 当瓶内气体温度恢复室温且压强稳定后，此时瓶内气体状态为iii（p，T ），记下p，2 0 26. 测出6组数据，利用公式计算空气比热容比。五、实验数据与处理:p , P的换算公式为1 2p=p+佥Pa ,P=P +蔬 Pah=771.75mm.10=2485 C测量次数P，/mV1P，/mV2P / Pa1P / Pa2Y1105.524.8102.912102.8711.2932111.526.3102.915102.8721.3023107.525.3102.913102.8721.3174106.125.1102.912102.8721.3255111.726.4102.915102.8721.3026101.724.0102.910102.8711.308p = P gh =13.6 X 10 3 X 9.8h=102.859 kPa0:工(-y )2uY =1.308 , u =i旳.012,u = 0.917%y H n 1r -YY=1.308 土 0.012 , u r =0.917%六、误差分析：1. 实验开始时测量的温度和气压，在实验过程中可能会有所改变，影响实验结果的真实值。2. 关闭进气活塞和关闭放气活塞时，人为因素的影响非常大，造成较大的误差。可通过多次测量来减小该项误差。3. 需要等待一段时间，使得瓶内的压强稳定，读数时压强可能还未完全稳定，有时示数会小幅度来回变动。4. 实验前需要将仪器预热，调零，若未调零，也会产生较大误差。七、思考题：1. 本实验研究的热力学系统是指那一部分气体？答：实验中研究的气体是快速打开放气活塞2后，瓶内剩余的气体。2. 本实验为什么要有用集成温度传感器？有何优点？可否用水银温度计来替代？答：集成温度传感器较为灵敏，读数更快，更准确。而水银温度计测温度，需要等待一段时间，且不如前者精确，不 可用之代替。In p In p In pF pV = 1 0 = 厂 | 厂 o3. 如果用抽气的方法测量Y是否可行，lnp、-lnP2 lnP1 p2是否适用？ 答：用抽气的方法也可行，但公式需要改变。八、附上原始数据: