实验三--空气比热容比测定..

1、大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院空气比热容比的测定空气比热容比的测定大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院1 1了解绝热、等容的热力学过程及有关了解绝热、等容的热力学过程及有关 状态方程。状态方程。2 2测定空气的比热容比。测定空气的比热容比。实验目的实验目的大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院1学第一定律及定容比热容和定压比热容学第一定律及定容比热容和定压比热容 dQ = dE + dA = dE + PdV定容比热容定容比热容Cv 定压比热容定压比热容 dTdEdTdQCvvppdTdQC实验原理实验原理大学物理实验

2、大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院由热力学第一定律由热力学第一定律(13-1)式，考虑在定压过，就有式，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，为是气体普适常数，为8.31 J / mol K，引入比热容，引入比热容为为dTdVpdTdEdTdQppRCCvpvpCC /大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院 在热力学中，比热容比是一个重要的物理量，它在热力学中，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子的自由

3、度有关 2绝热过程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，程在绝热过程中，dQ0。所以由热力学第一定。所以由热力学第一定律有律有 dA-dE 或或 PdV-nCvdT ff2大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院由气态方程由气态方程PVnRT，两边微分，得，两边微分，得 PdV VdP nRdT 由上两式中消去由上两式中消去dT，得，得两边除两边除PV，即得，即得对上式积分，就得到绝热过程的状态方程对上式积分，就得到绝热过程的状态方程 VdVCRVdPPdVv0VdVPdP常数PV1TV1TV常数常数

4、大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院NCD-1 空气比空气比热容比测定仪、热容比测定仪、玻璃贮气瓶（压玻璃贮气瓶（压力传感器、温度力传感器、温度传感器、进气阀、传感器、进气阀、出气阀连接电缆出气阀连接电缆固定于瓶盖）、固定于瓶盖）、充气球（打气球）充气球（打气球）和温度采样电阻。和温度采样电阻。实验仪器实验仪器大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院空气比热容比的测量空气比热容比的测量用一个大玻璃瓶作为贮气瓶。用一个大玻璃瓶作为贮气瓶。1实验开始时，先打开放气阀实验开始时，先打开放气阀B和进气阀和进气阀A，打，打开充气开关开充气开关(左旋充气球阀门左

5、旋充气球阀门C),使贮气与大气使贮气与大气相通。将仪器显示的气压差数调零相通。将仪器显示的气压差数调零（注意，仪（注意，仪器显示的是贮气瓶内气压与大气压器显示的是贮气瓶内气压与大气压P0的差）。的差）。实验内容实验内容大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院 2然后关闭放气阀然后关闭放气阀B,关闭充气开关关闭充气开关(右旋拧紧气阀右旋拧紧气阀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。当瓶内温度也上升。当瓶内气压比大气压高气压比大气压高56KPa时时（瓶（瓶内气压与大气压之差由比热容比测定仪上显示），关内气压

6、与大气压之差由比热容比测定仪上显示），关闭进气阀闭进气阀A。这时瓶内气温略高于环境温度，因此瓶。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。定，而是逐渐下降的。直到瓶内气温与环境温度相同直到瓶内气温与环境温度相同时，瓶内气压趋于稳定值时，瓶内气压趋于稳定值P1，这时瓶内气体处于这时瓶内气体处于PV图中图中状态状态（P1、V1、T0）。这）。这T0为环境温度。这时为环境温度。这时记下仪器气压差显示值记下仪器气压差显示值P1示（瓶内气压示（瓶内气压P1P0P1示示）。）。大学物理实验大学物理实验河

7、南农业大学理学院河南农业大学理学院 3后打开放气阀后打开放气阀B，听到放气声，待放气声结束（，听到放气声，待放气声结束（仪仪器显示的气压差值为器显示的气压差值为0）立即迅速关闭放气阀）立即迅速关闭放气阀A，这时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下降到大气P0（仪器上显示的与大气压差为（仪器上显示的与大气压差为0）。由于）。由于放气过程极迅速，空气又是热的不良导体，因此剩在瓶放气过程极迅速，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内的那部分空气从状态（P1、V1、T0）到状态到状态（P0、V2、T2）经历的过

8、程是绝热过程（在放气过程中瓶内空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）。气来不及与外界行热交换）。V2为贮气瓶体积，为贮气瓶体积，V1为保为保留在瓶中这部分气体在状态留在瓶中这部分气体在状态（P1、T0）时的体积。）时的体积。大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院 4放气后由于瓶内气压下降，使瓶内气温也下降到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，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。使其温度上升，同时瓶内气压也上升。到瓶内温度到瓶内温度上升到室温上升到室温T0时

9、，瓶内气压趋于稳定时，瓶内气压趋于稳定。记下这时仪。记下这时仪器显示的气压差值器显示的气压差值P2示示（瓶内气压（瓶内气压P2P0P2示示），），气体处于气体处于PV图中图中状态状态（P2、V2、T0），），从状态从状态到状态到状态的过程是等容过程。的过程是等容过程。 大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院(P1，）（，）（，）大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院我们以放气后瓶内的那部分气体作为考虑的对象，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。这部分气体占前瓶内的大部分，但不是全部。的过程是绝热过程，用

10、绝热的状态方程的过程是绝热过程，用绝热的状态方程到到过程是等容过程过程是等容过程 210011TPTP02101TTPP02101PPPP大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学院两边取对数，即可解出两边取对数，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，因此上式中气的压力差，因此上式中P1、P2应该是仪器示值应该是仪器示值P1示、示、P2示，加上示，加上P0 （P0103kPa）即）即实验中温度的电压示值为实验中温度的电压示值为10mV/,换算为实际温度换算为实际温度时，将电压值除以时，将电压值除以10mV。 2101lnlnlnlnPPPP)ln()ln(lnln(0201001PPPPPPP示示示）大学物理实验大学物理实验河南农业大学理学院河南农业大学理学