实验16 空气比热容比的测定.docx

实验16空气比热容比的测定
教学目标
•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，加深对绝热、定体、定压、等温等热力学过程的理解；
•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。
重点与难点
•重点：用绝热膨胀法测定空气的比热容比的实验方法。
•难点：控制绝热膨胀过程放气的时间。实验内容
•测定大气压强P0和环境室温t0；
•用绝热膨胀法测定空气的比热容比的共4次，根据测量内容绘制数据表。
•计算空气比热容比值及其平均值。
•把平均值与理论值（1.402）进行比较，计算相对百分误差。教学方法
•采用讨论式、提案式教学方法教学过程设计
一．讨论
1．什么是气体的比热容比？
气体的比热容比γ值为定压热容CP和定体热容CV之比值，即；
气体的的比热容比γ也称为气体的绝热系数。
2．什么是气体的定压热容CP和定体热容CV？
气体的比热容有定压热容CP和定体热容CV两种。
定压热容CP是在保持压强不变情况下，1kg气体温度升高（或降低）1℃时所吸收（或放出）的热量。
定体热容CV是在保持体积不变情况下，1kg气体温度升高（或降低）1℃时所吸收（或放出）的热量。
3．如何测定气体的的比热容比γ？
①如图1所示，先关闭活塞C2，将处于环境大气压强P0、室温t0的空气从活塞C1处快速送入贮气瓶B内，瓶内空气达到状态Ⅰ′（P1′，t1′，V1），因为快速打气时瓶内空气压缩很快，可以近似地看作是一个绝热压缩过程，这过程使瓶内空气压强增大，温度升高，故P1>P0、t1′>t0。
②关闭活塞C1，瓶内空气稳定后，达到状态Ⅰ（P1，t0，V1），V1为贮气瓶容积，系统从状态Ⅰ′到状态Ⅰ的过程是一个等容放热过程，其温度从t1′降到t0，使压强从P1′降到P1，见图2所示。
③突然打开活塞C2，使瓶内空气与大气相通，系统达到状态Ⅱ（P0、t1、V2）后，迅速关闭活塞C2，由于放气过程很短，从状态Ⅰ到状态Ⅱ可认为是一个绝热膨胀过程，P1<P0，t0<t1，这个绝热过程应满足方程为，
即。
④在关闭活塞C2之后，处于状态Ⅱ（P0、t1、V2）的气体温度将升高，当升到温度t0时，系统改变为状态Ⅲ（P2，t0，V2），从状态Ⅱ到状态Ⅲ的过程是一个等容吸热过程，其温度从t1升到t0，使压强从P0升到P2。
⑤气体体系从状态Ⅰ（P1，t0，V1）改变为状态Ⅲ（P2，t0，V2）是一个等温膨胀过程，应满足
即
由此可求得空气的比热容比值为：
4．空气比热容比测定仪的压力传感器是如何测量压强？
扩散硅压力传感器与仪器放大器相接，再配三位半数字电压表显示待测气体压强。当待测气体压强为环境大气压P0时，数字电压表为0，所以使用前需要调零；当待测气体压强为P=P0+10.00kPa时，数字电压表为P'=200mV，故待测气体压强为，此式子表示2000mV读数相当1.000×105Pa
该仪器测量气体压强灵敏度为20mV/kPa，测量精度为5Pa。
5．实验中，我们所说的热力学系统是指哪一部分的气体？
热力学系统所指的气体是状态Ⅰ（P1，t0，V1）的气体。
二．注意事项
气体系统从状态Ⅰ打开活塞C2放气，当听到放气声结束应迅速关闭活塞C2，提早或推迟关闭活塞C2，都将影响实验要求，引入误差。由于数字电压表有滞后显示，所以关闭活塞C2用听声比看电压表更可靠。
三．课后思考题
1．空气达到状态Ⅰ（P1，T0，V1）时，若发现仪器的显示数字P1'不断减小，没有一个稳定的数字，这是什么问题？
2．实验步骤3，打开活塞C2放气到放气结束关闭C2，为什么要以听声音为准？
3．实验中，操作的哪一步系统经历绝热过程？是绝热压缩还是绝热膨胀？应满足什么关系式？
4．系统从状态Ⅰ（P1，t0，V1）变为状态Ⅲ（P2，t0，V2）是一个什么热力学过程，满足什么关系式？
5．请分析实验操作的每一步，系统经历了什么热力学过程？请在P-V图上定性描出每一过程的图线。

四川大学物理实验教案

【理、工、医科】

实验名称空气的比热容比测定实验目的及要求(1)用绝热膨胀法测定空气的比热容比。
(2)观测热力学过程中的状态变化及基本物理规律。
(3)学习空气压力传感器和电流型集成温度传感器的原理与使用方法。实验原理把原处于环境压强P0及室温T0下的空气状态称为状态0（P0，T0）。
关闭放气阀，打开充气阀，用充气球将原处于环境压强P0、室温T0状态下的空气经充气阀压入贮气瓶内，这时瓶内空气压强增大、温度升高。当打气速度很快时，此过程可近似认为是一个绝热压缩过程。关闭充气阀，当气体压强稳定后，达到状态I（P1，T1）。随后，瓶内气体通过容器壁和外界进行热交换，使温度逐步下降，最后达到稳定状态II（P2，T0），这是一个等容放热过程。
迅速打开放气阀，使瓶内空气与外界大气