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空气比热容比测定实验介绍

目的：
用绝热膨胀法测定空气的比热容比。
观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。
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。
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）
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=2\*ROMANII（P1，θ0，V1）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：
（3）
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=3\*ROMANIII（P2，θ0，V2），应满足：
（4）
由（3）式和（4）式可得到：
（5）
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。
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。

实验内容：
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。
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）。
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。
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。
用公式（5）进行计算，求得空气比热容比值。
实验数据例：

（200mv读数相当于1.000±104Pa）
P0(105Pa）P’1(mv)V’1(mv)P’2(mv)T’2(mv)P1(±105Pa）P0(±105Pa）r1.0248110.11428.431.11428.41.07981.04041.407115.31430.832.21430.81.08241.0401.399116.91434.633.71434.61.08321.04161.415118.11438.331.41438.31.08381.04051.373r=1.399，理论值r=1.402，百分差很小。

一、概述
本仪器用绝热膨胀法测量空气的比热容比，主要供大专院校普通物理热学与热力学实验教学用。由于本仪器采用扩散硅压力传感器测量空气压强，用电流集成温度传感器测空气温度，设计先进，结构安全可靠，实验结果精确。
二、用途
测定空气的定压比热容与定容比热容之比。
观测热力学过程中空气状态变化及基本规律。
学习用传感器精确测量气体压强和温度的原理与方法。
三、结构特性
本仪器主要有三部分组成：（1）贮气瓶：它包括玻璃瓶、进气活塞、橡皮塞组成；（2）传感器：扩散硅压力传感器和电流型集成温度传感器AD590各一只；（3）数字电压表两只：三位半数字电压表作硅压力传感器的二次仪表（测空气压强）、四位半数字电压表作集成温度传感器二次仪表（测空气温度）。
扩散硅压力传感器配三位半数字电压表，它的测量范围大于环境气压0～10KPa,灵敏度为20mv/KPa，实验时，贮气瓶内空气压强变化范围约6KPa。空气温度测量采用电流型集成温度传感器AD590，该半导体温度传感器灵敏度高、线性好，它的灵敏度为1UA/℃。
四、保养和维护
实验时硅压力传感器请勿用手压，以免影响测量准确性。