实验三 空气比热容比测定

空气比热容比的测定大学物理实验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。实验目的1．学第一定律及定容比热容和定压比热容

dQ=dE+dA=dE+PdV定容比热容Cv

定压比热容

实验原理由热力学第一定律(13-1)式，考虑在定压过，就有得到定压比热容与定容比热容的关系R是气体普适常数，为8.31J/mol·K，引入比热容为在热力学中，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，与气体分子的自由度有关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在绝热过程中，dQ＝0。所以由热力学第一定律有

dA＝-dE

或PdV＝-nCvdT

由气态方程PV＝nRT，两边微分，得

PdV

＋VdP

＝nRdT

由上两式中消去dT，得两边除PV，即得对上式积分，就得到绝热过程的状态方程

NCD-1空气比热容比测定仪、玻璃贮气瓶（压力传感器、温度传感器、进气阀、出气阀连接电缆固定于瓶盖）、充气球（打气球）和温度采样电阻。实验仪器空气比热容比的测量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）。实验内容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B，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<T0，因此放气后瓶内空气又从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T0时，瓶内气压趋于稳定。记下这时仪器显示的气压差值P2示（瓶内气压P2＝P0＋P2示），气体处于P—V图中状态Ⅲ（P2、V2、T0），从状态Ⅱ到状态Ⅲ的过程是等容过程。

(P1，Ｖ１，Ｔ０）（Ｐ０，Ｖ２，Ｔ２）（Ｐ２，Ｖ２，Ｔ０）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。Ⅰ－Ⅱ的过程是绝热过程，用绝热的状态方程Ⅱ到Ⅲ过程是等容过程两边取对数，即可解出要注意，仪器中压力传感器的示值是瓶内空气与大气的压力差，因此上式中P1、P2应该是仪器示值P1示、P2示，加上P0（P0＝103kPa）即实验中温度的电压示值为10mV/℃,换算为实际温度时，将电压值除以10mV。次状态Ⅰ状态Ⅲ

Er/%

压力差P1示/kpa