实验16 空气比热容比的测定.doc

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g及其平均值。把平均值与理论值g（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 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 ？ 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（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P1P0 、 t 1 t0 。 关闭活塞C1，瓶内空气稳定后，达到状态（P1，t0，V1），V1为 贮气瓶容积，系统从状态到状态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。 突然打开活塞C2 ，使瓶内空气与大气相通，系统达到状态（P0、t1 、V2）后，迅速关闭活塞C2 ，由于放气过程很短，从状态到状态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 。 在关闭活塞C2之后，处于状态（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 （P2 ，t0 ，V2 ），从状态到状态 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 。 气体体系从状态（P1 ，t0 ，V1 ）改变为状态（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g 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+10.00 kPa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1.000105 Pa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（P1，t0，V1）的气体。 二注意事项 气体系统从状态打开活塞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（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（P1，t0，V1）变为状态（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相通，当压强降到P0（此时压强的显示为0.0mV）时立即关闭放气阀。由于放气时间很短，此过程可近似认为是一个绝热膨胀过程。瓶内空气压强减小、温度降低，当气体压强稳定后，瓶内空气达到状态III（P0，T2）。随后，瓶内空气通过容器壁和外界进行热交换，使温度逐步回升至T0，最后达到状态IV（P3，T0），这是一个等容吸热过程。整个过程可表示为0（P0，T0）绝热压缩I（P1，T1） 等容放热II（P2，T0）绝热膨胀III（P0，T2）等容吸热IV（P3，T0）其中，过程、对测量没有直接影响，这两个过程的目的是获取压缩空气，同时可以观察气体在绝热压缩过程及等容放热过程中的状态变化。对测量结果有直接影响的是、两个过程。过程是一个绝热膨胀过程，满足理想气体绝热方程 （1）过程是一个等容吸热过程，满足理想气体状态议程 （2）将公式(2)代入公式(1)，可得 （3）两边取对数，整理得 （4）用相对于的压强变化来表示和时，有当，时，有。此时公式（4）可简化为 （5）根据公式（5），只要测出及，即可计算出空气的比热容比实验内容及提要(1)按图1接好电路。接线时注意AD590是PN结器件，正负极切勿接错（红导线为E极、黑导线为负极），电阻箱取值，HY17925S单路直流稳定电源的输出电压为V。开启电源，让仪器预热20min，打开放气阀，关闭充气阀，然后用调零电位器将三位半数字电压表读数调到零。(2)关闭放气阀，打开充气阀，用充气球将原处于环境大气压强、室温状态下的空气经充气阀压入贮气瓶，待瓶内空气压强接近160.0mV时，关闭充气阀。观察此过程中瓶内气体压强和温度的变化，记录二者都达到稳定时的压强和温度。(3)静待一段时间，待瓶内空气温度降至时，记录空气压强。(4)迅速打开放气阀，当贮气瓶中空气的压强下降至环境大气压强时（放气声消失时），迅速关闭放气阀。观察此过程贮气瓶中气体压强和温度的变化，记录稳定时的温度。(5)静待一段时间，待瓶内空气温度上升至放气前的温度时，记录空气压强。(6)重复25步。重复时，充气压强分别接近30.0mV，70.0mV，100.0mV，130.0mV，并且不需要记录空气温度的变化。实验要点及难点其实验结果的好坏与放气过程密切相关，放气愈多r值越小，反之r值越大。由于实验过程中室温一般都在不断升高（特别是上午实验），因此无法严格按书上步骤进行实验。思考题(1)有影响，因公式(5)是由绝热过程推导出来的，如不满足绝热条件是无法用此公式进行计算的。在实际操作中，读取和时