实验三--空气比热容比测定

大学物理实验河南农业大学理学院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。实验目的大学物理实验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dQ=dE+dA=dE+PdV定容比热容Cv定压比热容dTdEdTdQCvvppdTdQC实验原理大学物理实验河南农业大学理学院由热力学第一定律(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dTdVpdTdEdTdQppRCCvpvpCC/大学物理实验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＝-nCvdTff2大学物理实验河南农业大学理学院由气态方程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VdVCRVdPPdVv0VdVPdP常数PV1TV1TV常数常数大学物理实验河南农业大学理学院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。实验仪器大学物理实验河南农业大学理学院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）。实验内容大学物理实验河南农业大学理学院•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）。大学物理实验河南农业大学理学院•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。大学物理实验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T2T0，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。大学物理实验河南农业大学理学院(P1，Ｖ１，Ｔ０）（Ｐ０，Ｖ２，Ｔ２）（Ｐ２，Ｖ２，Ｔ０）大学物理实验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，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210011TPTP02101TTPP02101PPPP大学物理实验河南农业大学理学院两边取对数，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。2101lnlnlnlnPPPP)ln()ln(lnln(0201001PPPPPPP示示示）－＋大学物理实验河南农业大学理学院次状态Ⅰ状态ⅢEr/%压力差P1示/kpa电压U/mv压力差P2示/kpa电压U/mv123456平均空气比热容比测量记录表P0=103KPaU0=大学物理实验河南农业大学理学院UuUr％＝百分误差理理100:rE数据处理120.01KPPPUUa仪＝