实验4 空气比热容比

气体的比容热比（又称绝热指数）是一个重要的热力学参量，在热力学方程中经常用到。测量的方法有多种，绝热膨胀测量是一种重要的方法。传统的比热容比实验大多是利用开口的U型水银压力计测量气体的压强，用水银温度计测量温度，测量结果较为粗超，误差较大。本实验采用的是高精度、高灵敏度的硅压力传感器和电流型集成温度传感器AD590分别测量气体的压强和温度，该实验克服了原有实验的不足，实验时能更明显地观察分析热力学现象、实验结果较为准确。绪【实验四】空气比热容比的测定【实验目的】

1、学会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、了解硅压力传感器和电流型集成温度传感器的工作原理，掌握其使用方法。

【仪器及编号】

空气比热容比测定仪实验装置一套（编号：）1．进气活塞2.放气活塞3.AD590传感器4.气体压力传感器5.704胶粘剂

图1实验装置简图实验装置实物图【实验原理】1、测量比容热比的原理

对理想气体的定压比热容和定容比热容之关系由下式表式：（1）上式中R为气体普适常数，（PV=nRT，P是压强,V是气体体积,n是气体的物质的量，

T是温度，R是常数约为8．31）气体的比热容比值：（2）

气体的比热容比称为气体的绝热系数，它是一个重要的物理量。值经常出现在热力学方程中。测量值的仪器如图1所示，以贮气瓶内（剩余）空气作为研究的热学系统，进行如下实验过程：

(1）先打开放气阀2，贮气瓶与大气相通，再关闭2，瓶内充满与周围空气同温同压的气体（）

（其中为环境大气压强、为室温，表示贮气瓶体积）。

(2)、打开充气阀1，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀1。此时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，且达到与环境温度相等，此时的气体处于状态（）。

（3）、迅速打开放气阀2，使瓶内空气与大气相通，当瓶内压强降至时，立刻关闭放气阀2，将有体积为的气体喷泻出贮气瓶。把瓶中保留的气体作为研究对象，由于放气过程较快，瓶内剩下的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热膨胀过程。在此过程进行之后，瓶中剩下的气体由状态Ⅰ（）转变为状态Ⅱ（），其中为瓶中保留气体在状态Ⅰ

（）时的体积。

（4）由于瓶内气体温度低于室温，瓶内气体慢慢从外界吸热，直至达到室温为止，此时瓶内气体压强也随之增大为,气体状态变为Ⅲ

(）。（5）、从状态II至状态III的过程可以看作是一个等容吸热的过程。由状态I→状态II→状态III的过程如图2(a)、(b)所示。

绝热膨胀等容吸热状态I状态II状态III图2（a）实验过程状态分析图2（b）实验过程状态分析状态I至状态II是绝热过程，由绝热过程方程得:(3)状态I和状态III的温度均为，由气体状态方程得:(4)合并式（3）（4），消去、得:(5)由式（5）可以看出，只要测得就可求得空气的。2、AD590集成温度传感器工作原理

图3AD590温度传感器测温原理图

AD950接6V直流电源后组成一个稳流源，它的测温灵敏度为1uA/,若串接5K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。【实验内容】1．按图1接好仪器的电路，AD590的正负极请勿接错,开启电源，将电子仪器部分预热20分钟，然后用调零电位器把三位半数字电压表示值调到02.用气压计测定大气压强P0，用水银温度计测环境室温t0。3.把活塞2关闭，活塞1打开，用打气球徐徐地把空气稳定地压入贮气瓶内，使瓶内压强升高1000~2000Pa（即数字电压表升高20~40mV）关闭进气活塞1。待瓶中气体温度降到与室温相同且压强稳定时，瓶内气体状态为，记下。4.迅速打开放气活塞2，当贮气瓶的空气压强降至环境大气压强时（这时放气声“嗤”刚消失），迅速关闭活塞2，此时瓶内气体状态为II（）。5.当贮气瓶内空气的温度从T1上升至室温T0，且压强稳定后，此时瓶内气体状态为III(P2，T0)，记下。（注：因实验过程中室温可能有变化，故只需等瓶内压强稳定即可记录）6、每次测出一组压强值利用公式（4）计算空气比容热比。重复6次计算的平均值。【数据处理】P1,P2的换算公式为：测量次数测量值（mV）计算值状态I状态IIIP(pa)123456其中单位Pa；和单位为mV，和的单位为【注意事项】1．实验内容3打开活塞2放气时，当听到放气声结束应迅速关闭活塞，提早或推迟关闭活塞2，都将影响实验要求，引入误差。由于数字电压表尚有滞后显示，如用计算机实时测量，发现此放气时间约零点几秒，并与放气声产生消失很一致，所以关闭活塞2用听声更可靠些。2、请不要靠近窗口，太阳光照射较强处做实验，以免影响实验进行。