空气绝热指数的测定试验

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空气绝热指数的测定试验指导

空气绝热指数的测定试验

一、试验目的

1.学习测量空气绝热指数的方法。

2.通过试验，培养运用热力学基本理论处理实际问题的能力。

3.通过试验，进一步加深对刚性容器充气、放气现象的认识。

二、试验原理

在热力学中，气体的定压比热容cp和定容比热容cv之比被定义为该气体的绝热指数，并以k表示，即kcp/cv。

本试验利用定量气体在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气绝热指数k。该试验过程的p－v图，如图1所示。图中AB为绝热膨胀过程；BC为定容加热过程。由于AB为绝热过程，所以

kpAVApBVBk（1）

BC为定容过程，所以VBVC。

假设状态A与C所处的温度一致，对于状态A、C可得：

pAVApCVC（2）

将（2）式两边k次方得

(pAVA)k(pCVC)k（3）

比较（1）、（3）两式，可得图1

kkpCppkpAA(A)pBpCpApB

将上式两边取对数，可得

kln(pA/pB)（4）ln(pA/pC)

因此，只要测出A、B、C三个状态下的压力pA、pB、pC，且将其代入（4）式，即可求得空气的绝热指数k。

三、试验设备

本试验的试验设备如图2所示。试验时，通过充气阀对刚性容器进行充气，至状态A，由U形管差压计测得状态A的表压hA(mmH2O)，如图3状态A，我们选取容器内一部分气体作为研究对象，其体积为VA，压力为pA，温度为TA，假设通过排气阀放气，使其压力与大气压被力相平衡，恰好此时的气体膨胀至整个容器（体积为VB），马上关闭排气阀，膨胀过程终止。由于PB=pa（大气压力），由于此过程进行得十分迅速，可忽略过程的热交换，因此可认为此过程为定量气体的绝热膨胀过程，即由状态A(pA、VA、TA)绝热膨胀至状态B(pB、VB、TB)。（注意VB等于容器体积，VA为一小于容器体积的假象体积）。处于状态B的气体，由于其温度低于环境温度，则刚性容器内的气体通过容器壁与环境交换热量，当容器内的气体温度与环境温度相等时，系统处于新的平衡状态C(pC、VC、TC)。若忽略刚性容器的体积变化，此过程可认为是定容加热过程。此时容器内气体的压力可由U形差压计测得hC(mmH2O)。至此，被选为研究对象的气体，从A经过绝热膨胀过程至B，又经过定容加热过程至C，且状态A、C所处的温度同为环境温度，

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实现了图1中所示的过程。

图2试验设备示意图

图3气体热力过程示意图

四、试验步骤

1.试验前，认真阅读试验指导书，了解试验原理

2.进入试验室后，参考试验指导书，对照实物熟悉试验设备。

3.试验中，由于对装置的气密性要求较高，因此，试验开始时，首先应检查装置的气密性。方法是，通过充气阀对刚性容器充气至状态A，使hA=200(mmH2O)左右，过几分钟后观测水柱的变化，若不变化，说明气密性满足要求；若有变化，则说明装置漏气。此步骤一定要认真，否则，将给试验结果带来较大的误差，同时读出hA的值。

4.右手转动排气阀，在气流流出的声音“拍〞消失的同时关上排气阀（此时，恰到好处，试验操在试验正式开始前要多练习几次）。

5.待U型管差压计的读数稳定后，读出hC（大约需5分钟左右的时间）。

6.重复上述步骤，多做几遍，将试验中采集的数据填在试验数据表格中，并求k值。

五、计算公式

假使将前述的（4）式直接用于试验计算的话，那是比较麻烦的。因此，针对我们的试验条件，现将（4）式进行适当的简化。

33设U型管差压计的封液（水）的重度为γ=9.8110（N/m），试验时大气压力则为pa≈

310（mmH2O）。因此，状态A的压力可表示为pA=pa+hA，状态B的压力可表示为pB=pa，状态C的压力可表示为pcpahC。将其代入（4）式得

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pahAhln(1A)papa（5）kphAhhClnaln(1A)pahCpahC

试验中由于刚性容器的限制，一般取hA≈200（mmH2O），且hChA，因此有hCpapa，hA/pa1,(hAhC)(pahA)1。ln

所以，依照近似的方法，（5）式可简化为

khA/pahA（6）(hAhC)/(pahC)hAhC

这即为利用本试验装置测定空气绝热指数k的简化（近似）计算公式。

六、试验数据记录和整理

室温ta＝℃，大气压力pa＝mmHg，湿度φ＝%。

七、试验报告要求

1.预习试验报告，了解试验原理，熟悉试验方法，试验时认真动手操作。

2.书写试验报告，其内容除试验数据记录和整理外，还包括试验原理简述、试验设备简介和对试验结果的分析及探讨。

八、试验思考题

1.漏气对试验结果有何影响？

2.试验中，充气压力选得过大或过小，对试验结果有何影响？

3.空气的湿度对试验结果有何影响？