大学物理实验空气比热容比测定实验.pdf

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大学物理仿真实验报告

软件04

姚伟

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C和定容比热容C之关系由下式表示：
pv

C—C=R（1）
pv

（1）式中，为气体普适常数。气体的比热容比值为：
Rr

r=C/C(2)
pv

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C，将原处于环境大气
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压强P、室温θ的空气从活塞C，处把空气送入贮气瓶B内，这时瓶内空气
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压强增大。温度升高。关闭活塞C，待稳定后瓶内空气达到状态I（P，θ，
100
V），V为贮气瓶容积。
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然后突然打开阀门C，使瓶内空气与大气相通，到达状态II（P，θ，V
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后，迅速关闭活塞C，由于放气过程很短，可认为是一个绝热膨胀过程，瓶
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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C之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度θ时，原状态为
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I（P，θ，V）体系改变为状态III（P，θ，V），应满足：
101202

由（3）式和（4）式可得到：

利用（5）式可以通过测量P、P和P值，求得空气的比热容比r值。
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四．实验装置

图〈一〉实验装置中1为进气活塞塞C，2为放气活塞C，3为电流型集成温
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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P时，数字电压表显示
0
为0；当待测气体压强为P+10.00KPa时，数字电压表显示为200mv；仪器测
0
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P，用水银温度计测环境室温θ。开启电源，将
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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。

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2．把活塞C关闭，活塞C打开，用打气球把空气稳定地徐徐进入贮气瓶
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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P和温度θ值（室温为θ）。
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3．突然打开活塞C，当贮气瓶的空气压强降低至环境大气压强P时（这
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时放气声消失），迅速关闭活塞C。
2

4．当贮气瓶内空气的温度上升至室温θ时，记下贮气瓶内气体的压强
0
P。
2

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）

P(105Pa）P’(mv)V’(mv)P’(mv)T’(mv)r
01122

149.52410.738.92410.11.407
138.92410.532.12410.11.343
1.0248
103.42410.422.32410.11.366
125.42410.626.52410.11.367

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。

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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。

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