文档介绍：实验目的
1. 用绝热膨胀法测定空气的比热容比。
2. 观测热力学过程中空气状态变化及基本物理规律。
3. 学习用压力传感器和温度传感器精确测量气体压强和温度的原理和方法。
理想气体的压强P、体积V和温度T在准静态绝热过程中,遵守绝热过程方程: 等于恒量,其中是气体的定压比热容和定容比热容之比,通常称为该气体的比热容比(亦称绝热指数)。
我们以贮气瓶内空气(近似为理想气体)作为研究的热学系统,试进行如下实验过程:
充气后的等体过程(状态I)→放气时的绝热过程(状态II)→放气后等体过程(状态III).
实验原理
I→II是绝热过程,由绝热过程方程得
状态I和状态III的温度均为室温T0,由气体状态方程得
合并式上两式,消去V1、V2得
由上式可以看出,只要测得就可求得空气的绝热指数。
实验仪器
THQBR-1型空气比热容比测定仪
本仪器主要由三部分构成:
(1)储气瓶:包括玻璃瓶、进气活塞、放气活塞、打气球、橡皮塞。
(2)传感器:扩散硅压力传感器、电流型集成温度传感器AD590。
(3)数字电压表
1、进气活塞C1 2、放气活塞C2 3、AD590温度传感器
4、气体压力传感器 5、704胶粘剂 6、传感器导线
3为温度传感器AD590, 它是新型半导体温度传感器,温度测量灵敏度高,线性好,测量范围为-50℃至150℃。AD590接6V直流电源后组成一个稳流源,它的灵敏度为1uA/℃,若串接5KΩ电阻后,可产生5mV/℃的信号电压,接0-2V量程的数字电压表,℃的温度变化。
温度传感器
扩散硅压力传感器
4为扩散硅压力传感器,是把压强转化为电信号,最终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。它显示的是容器内的气体压强大于容器外环境大气压的压强差值。当待测气体压强为环境大气压P0时,数字电压表显示为0,所以使用前需要调零。当待测气体压强为P0+,数字电压表显示为200mV,仪器测量气体压强灵敏度为20mV/KPa,测量精度为5Pa。可得测量公式:
其中电压U的单位为mV,P’为数字电压表显示。
实验内容
1、接好仪器的电路,AD590的正负极请勿接错。用Forton式气压计测定大气压强,用温度计测环境室温T0。开启电源,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、把C2关闭,C1打开,用打气球把空气稳定地徐徐进入贮气瓶内,关闭活塞C1。此时瓶内的温度和压强会增加,等温度与压强稳定后,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的压强,和温度(此时瓶内的全部气体并不是我们的研究对象)。
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时(这时放气声消失),迅速关闭活塞C2(现在瓶内的剩余气体是我们要研究的),由于此过程进行地迅速,可以认为是绝热的,此时瓶内温度会有所下降。
4、当贮气瓶内空气的温度上升至时记下贮气瓶内气体的压强,要求和尽量相同。
5、进行计算,求得空气比热容比值。