测定空气的比热容比

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,测定空气的比热容比,目的要求,学习测定空气定压比热容与定容比热容之比的一种方法；,实地考察热力学系统状态变化过程的特征。,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；,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,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,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,（）。,因状态,的变化是绝热的，故满足泊松公式：,(28.2),而状态,与,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，,5k,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（）超程；,4.,严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,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,T,e,。,开启电子仪器部分的电源预热,20,分钟，调节表（）至,0mV,。,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,的过程进行的时间,(,即放气时间,),，并注意观察物理现象。,顺序完成,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,(,),指示稳定,后，记录表,(,),指示 及表,(2),指示,T,1,；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,(,),指示稳定后，再记录 及,T,2,。,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,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？,说明打气过程中，以及系统在,诸过程中活塞,“,A,”,、,“,B,”,所处的位置。,怎样做才能,810,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 很不相同，对实验有无影响？,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？,本实验有哪些注意事项？,思考题,由状态,到状态,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。,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,的过程曲线。,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,“,”,中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,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。,