实验报告空气比热容比的测定.pdf

实验报告空气比热容比的测定--实验报告空气比热容比的测定=dE(2)Cv=dT?dTCp=?dQ?dT??=?+p1.实验名称空气比热容比的测定2.实验目的(1)了解绝热、等容的热力学过程及有关状态方程。(2)测定空气的比热容比。3.实验原理:主要原理公式及简要说明、原理图(1)热力学第一定律及定容比热容和定压比热容热力学第一定律：系统从外界吸收的热量等于系统内能的增加和系统对外做功之和。考虑在准静态情况下气体由于膨胀对外做功为dA=PdV，所以热力学第一定律的微分形式为dQ=dE+dA=dE+PdV(1)定容比热容Cv是指1mol的理想气体在保持体积不变的情况下，温度升高1K所吸收的热量。由于体积不变，那么由(1)式可知，这吸收的热量也就是内能的增加(dQ＝dE)，所以dQ???v由于理想气体的内能只是温度的函数，所以上述定义虽然是在等容过程中给出，实际上任何过程中内能的变化都可以写成dE＝CvdT定压比热容是指1mol的理想气体在保持压强不变的情况下，温度升高1K所吸收的热量。即(3)??p由热力学第一定律(3)式，考虑在定压过，就有dQ??dE?dT?p?dT?p实验报告空气比热容比的测定--实验报告空气比热容比的测定--dVdT(4)由理想气体的状态方程PV＝RT可知，在定压过程中dVdT=RP，又利用dEdT=Cv代入(4)式，就得到定压比热容与定容比热容的关系Cp=Cv+R(5)R是气体普适常数，为8.31J/mol·K，引入比热容比γ为γ=Cp/Cv(6)在热力学中，比热容比是一个重要的物理量，它与温度无关。气体运动理论告诉我们，γ与气体分子的自由度f有关γ=f+2f(7)例如，对单原子气体(Ar、He)f=3,γ=1.67对双原子气体(N2、H2、O2)f=5γ=1.40，对多原子气体(CO2、CH4)f=6,γ=1.33(2)绝热过程系统如果与外界没有热交换，这种过程称为绝热过程，因此，在绝热过程中，dQ＝0。所以由热力学第一定律有dA=-dE或PdV=-CvdT(8)由气态方程PV=RT，两边微分，得PdV+VdP=RdT(9)(8)、(9)两式中消去dT，得PdV+VdP=-RdVv两边除PV，即得dPP+γdVV=0(10)对(10)式积分，就得到绝热过程的状态方程实验报告空气比热容比的测定--实验报告空气比热容比的测定--PVγ=常数(11)利用气态方程PV=RT，还可以得到绝热过程状态方程的另外两种形式：TVγ-1=常数(12)Pγ-1T-γ=常数(13)4．实验内容用一个大玻璃瓶作为贮气瓶。(1)实验开始时，先打开放气阀B和进气阀A，打开充气开关(左旋充气球阀门C)，使贮气与大气相通。将仪器显示的气压差数调零(注意，仪器显示的是贮气瓶内气压与大气压P0的差)。(2)然后关闭放气阀B，关闭充气开关(右旋拧紧气阀C)，用打气球向瓶内送气，使瓶内气压上升，瓶中空气的温度也上升。当瓶内气压比大气压高5～6kPa时(瓶内气压与大气压之差由比热容比测定仪上显示)，关闭进气阀A。这时瓶内气温略高于环境温度，因此瓶内空气与环境有热交换，使瓶内的气压与温度都不稳定，而是逐渐下降的。直到瓶内气温与环境温度相同时，瓶内气压趋于稳定值P1，这时瓶内气体处于P—V图中状态Ⅰ(P1、V1、T0)。这T0为环境温度。这时记下仪器气压差显示值P1示(瓶内气压P1＝P0＋P1示)。(3)后打开放气阀A，听到放气声，待放气声结束(仪器显示的气压差值为0)立即迅速关闭放气阀A，这时瓶内有一部分空气从瓶内放出，剩余在瓶内的空气气压下降到大气P0(仪器上显示的与大气压差为0)。由于放气过程极迅速，空气又是热的不良导体，因此剩实验报告空气比热容比的测定--实验报告空气比热容比的测定--P1T=P0T即1??=2???(14)=2=2??111在瓶内的那部分空气从状态Ⅰ(P1、V1、T0)到状态Ⅱ(P0、V2、T2)经历的过程是绝热过程(在放气过程中瓶内空气来不及与外界行热交换)。V2为贮气瓶体积，V1为保留在瓶中这部分气体在状态Ⅰ(P1、T0)时的体积。(4)放气后由于瓶内气压下降，使瓶内气温也下降到T2<=""0＋p=""0，因此放气后瓶内空气又从=""2=""2、t=""2、v=""2＝p=""p=""t=""v=""—=""图中状态ⅲ(p=""外界吸收热量而使其温度上升，同时瓶内气压也上升。到瓶内温度上升到室温=""时，瓶内=""气压趋于稳定。记下这时仪器显示的气压差值=""示(瓶内气压=""示)，气体处于="">上述过程如图4-18所示我们以放气后瓶内的那部分气体作为考虑的对象，这部分气体占前瓶内的大部分，但不是全部。这部分气体在状态Ⅰ时压强为P1温度为T0，而放气后压强降为P0(大气压)，温度降为T2(<="">γ-1-γ0γ-1