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007 实验报告 评分：

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实验3-5空气比热容比的测定

一、实验目的

1. 用绝热膨胀法测定空气的比热容。

2. 观察热力学过程中状态变化及基本物理规律。

3. 学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。

二、实验原理

测量仪器如图4-6-1所示。1为进气活塞C1，2 为放气活塞C2，3为电流型集成温度传感器,4为气体压力传感器探头。实验时先关闭活塞C2，将原处于环境大气压强为P0、室温为T0的空气经活塞C1送入贮气瓶B内，这时瓶内空气压强增大，温度升高。关闭活塞

C1，待瓶内空气稳定后，瓶内空气达到状态Ⅰ（P1,T0,V1），V1为贮气瓶容积。 然后突然打开阀门C2，使瓶内空气与周围大气相通，到达状态Ⅱ（P0,T2,V2)后，迅速关闭活塞C2。由于放气过程很短，可认为气体经历了一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低。绝热膨胀过程应满足下述方程

p1r?1rr?1rTo?poT1 （3-5-2）

在关闭活塞C2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度T0时，原气体的状态为Ⅰ（P1,T0,V1）改变为状态Ⅲ（P2,T0,V2），两个状态应满足如下关系：

poT1?p2T0 (3-5-3）

由（3-5-2）式和（3-5-3）式，可得

??(lgP0?lgP1)/(lgP2?lgP1) （3-5-4）

利用（3-5-4）式可以通过测量P0、P1和P2值，求得空气的比热容比?值。

实验原理图1 实验图2

三、实验仪器

NCD-I型空气比热容比测量仪由如下几个部分组成：贮气瓶（由玻璃瓶、进气活塞、橡皮塞组成）、两只传感器（扩散硅压力传感器和电流型集成温度传感器AD590各一只）、测空气压强的三位半数字电压表、测空气温度的四位半数字电压表。测空气压强的数字电压表用于测量超过环境气压的那部分压强，测量范围0~10000Pa，灵敏度为20mv/Kpa（表示1000Pa的压强变化将产生20mv的电压变化，或者50Pa/mv，单位电压变化对应50Pa的压强变化）。实验时，贮气瓶内空气压强变化范围为6000Pa。

图4-6-1实验装置中，温度传感器3是新型半导体温度传感器，其测量灵敏度高，线性好，测温范围为-50~150℃，接6V直流电源后组成一个稳流源。它的测温灵敏度单位为1μA/℃，若串接5KΩ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。气体压力传感器探头4由同轴电缆线输出信号，与仪器内的放大器及三位半数字电压表相接。当待测气体压强为环境大气压P0时，数字电压表显示为0，当待测气体压强为P0+10000Pa时，数字电压表显示为200mv，仪器测量气体压强

灵敏度为20mv/ 1000Pa。

四、实验步骤

1. 按图4-6-2接好仪器的电路，注意AD590的正负极不要接错。用Forton式气压计测定大气压强P0，用水银温度计测量环境温度。开启电源，将电子仪器部分预热20分钟，然后用调零电位器调节零点，把三位半数字电压表示值调到0。

2. 将活塞C2关闭，活塞C1打开，用打气球把空气稳定地徐徐进入贮气瓶B内，用压力传感器和AD590温度传感器测量空气的压强和温度，记录瓶内压强均匀稳定时压强P1和温度T0（室温为T0）（P1取值范围控制在130mV~150mV之间。由于仪器只显示大于大气压强的部分，实际计算时式（3-5-4）中的压强P1应加上周围大气压强值）。

3. 突然打开活塞C2，当贮气瓶的空气压强降低至环境大气压强P0时（这时放气声消失），迅速关闭活塞C2．

4. 当贮气瓶内空气的温度上升至室温T0时，记下贮气瓶内气体的压强P2（由于仪器只显示大于大气压强的部分，实际计算时式（3-5-4）中的压强P2应加上周围大气压强值）。

5. 用公式（3-5-4）进行计算，求得空气比热容比值。

五．实验数据及其处理

测量次数 状态1压状态1温状态2压状态2温状态1气体状态2气体实际压强p2?p0?p2 强p1/mv 度T1/mv 强 P2/mv 度T2/mv 实际压强p1?p1?p0/105? /pa 105pa 正常1 142.7 1453.3 34.9 1453.3 1.0924 1.0385 1.3359 2 关闭 3 134.9 1453.5 32.7 1453.6 1.0885 1.0374 1.3314 140.5 1453.5 32.9 1456.8 1.0913 1.0375 1.3171 提前关闭 145.2 推迟关闭 131.8 1453.5 1455.1 44.2 1454.2 1.0936 1.0869 1.0431 1.0363 1.4530 1.3120 30.6 1453.3 周围大气压po=102.1hpa X10 由 ：p1?p0?p1/20mv

p2?po?p2/20mv得出各自压强实际值，填入上表。 根据??lgp0?lgp1lgp2?lgp1 分别求出：空气比热容：

r1?lg(102.1)?lg(109.24)lg(103.85)?lg(109.24)lg(102.1)?lg(108.85)lg(103.74)?lg(108.85)lg(102.1)?lg(109.13)lg(103.75)?lg(109.13)lg(102.1)?lg(109.36)lg(104.31)?lg(109.36)lg(102.1)?lg(108.69)lg(103.63)?lg(108.69)?1.3281?1.3359

2r??1.3314

r3??1.3171

提前关闭时：

r4??1.4530

推迟关闭时：

r5??1.3120

r1?r2?r3其r平均值为r=

标准差为：

3

S??(r?ri)22?(1.3281?1.3359)2?(1.3281?1.3314)22?(1.3281?1.3171)2?0.003032

所以比热容r?r0?0.003032=1.3281?0.003032

六．思考题

1.怎样做才能在几次重复测量中保证不相同，对实验有无影响？

答：关键是容器绝热效果要好。另外每次的程序，完成时间，环境要相同，实验数据大致相同，说明偶然误差小，才有说服力。

2.打开活塞

C2p1的数值大致相同？这样做有何好处？若

p1的数值很

放气时，若提前关闭或滞后关闭活塞，各会给实验带来什么影响？

答：提前关闭会使测量结果偏大，滞后关闭会使测量结果偏小。

3.本实验的误差来源于哪几个方面？最大误差是哪个因素造成的？怎样减少误差？ 答：实验装置漏气、关闭活塞时间的控制。多测量几组数据，求平均值。