空氣絕熱指數(shù)的測定.doc

實驗一 空氣絕熱指數(shù)的測定一、實驗目的1.熟悉用絕熱膨脹、定容加熱基本熱力過程與工作原理測量空氣絕熱指數(shù)k的實驗方法。2.通過實驗，培養(yǎng)運用熱力學基本理論處理實際問題的能力。3.通過實驗，進一步加深對剛性容器充氣、放氣現(xiàn)象的認識。二、實驗原理在熱力學中，氣體的定壓比熱容和定容比熱容之比被定義為該氣體的絕熱指數(shù)，并以表示，即。本實驗利用定量氣體在絕熱膨脹過程和定容加熱過程中的變化規(guī)律測定空氣絕熱指數(shù)，該實驗過程的圖，如圖1所示。圖1圖中AB為絕熱膨脹過程；BC為定容加熱過程。因為AB為絕熱過程，所以 （1）BC為定容過程，所以。假設狀態(tài)A與C所處的溫度相同，對于狀態(tài)A、 C可得： （2）將（2）式兩邊次方得 （3）比較（1）、（3）兩式可得 將上式兩邊取對數(shù)，可得 （4）因此，只要測出A、B、C三個狀態(tài)下的壓力、，且將其代入（4）式，即可求得空氣的絕熱指數(shù) k。三、實驗設備本實驗的實驗設備如圖2所示。實驗時，通過氣囊4對有機玻璃容器1進行充氣至狀態(tài)A，由U型管壓力計3測得狀態(tài)A的表壓(mmH2O)，如圖狀態(tài)A。選取容器內(nèi)的氣體作為研究對象，其體積為，壓力為，溫度為。壓力穩(wěn)定后，通過放氣閥門5突然放氣并迅速關閉，使其壓力與大氣壓力相平衡，此時的氣體膨脹至整個容器（體積為），膨脹過程結束后，（大氣壓力）。由于此過程進行得十分迅速，忽略過程的熱交換，因此可認為此過程為定量氣體的絕熱膨脹過程，即由狀態(tài)A（、）絕熱膨脹至狀態(tài)B（、）（注意等于容器體積，為一小于容器體積的假象體積）。處于狀態(tài)B的氣體，由于其溫度低于環(huán)境溫度，則剛性容器內(nèi)的氣體通過容器壁與環(huán)境交換熱量，持續(xù)約30分鐘左右，當容器內(nèi)的氣體溫度與環(huán)境溫度相等時，系統(tǒng)處于新的平衡狀態(tài)C (、)。若忽略剛性容器的體積變化，此過程可認為是定容加熱過程。此時容器內(nèi)氣體的壓力可由U形差壓計測得(mmH2O)。至此，被選為研究對象的氣體，從A經(jīng)過絕熱膨脹過程至B，又經(jīng)過定容加熱過程至C，且狀態(tài)A、 C所處的溫度同為環(huán)境溫度，實現(xiàn)了圖1中所示的過程。圖2 實驗設備示意圖圖3 氣體熱力過程示意圖四、實驗方法及步驟1. 認真閱讀實驗指導書，對照實物熟悉實驗設備，了解實驗原理。2. 在閥門5開啟的情況下（容器與大氣相通），用醫(yī)用注射器將蒸餾水注入U型管壓力計3至120150mm左右的水柱高。水柱內(nèi)應不含氣泡，如有氣泡，應設法排除。3. 調(diào)整裝置的水平位置，使U型管壓力計3兩水管中的水柱高在一個水平線上。4. 關閉閥門5，把備帽擰緊。5. 檢查裝置的氣密性。方法是：1）通過充氣閥對剛性容器充氣至狀態(tài)A，使（mmH2O）左右，過幾分鐘后觀察水柱的變化，若不變化，說明氣密性滿足要求，讀出的值。2）若有變化，則說明裝置漏氣，應將放氣閥門5的錐形塞拔出，抹上一些真空油，可改善密封性，抹油后安裝就位，把備帽擰緊。重復步驟1）。此步驟一定要認真，否則，將給實驗結果帶來較大的誤差，同時讀出的值。6.右手突然打開放氣閥門5放氣，并迅速關閉（在氣流流出的聲音“拍”消失的同時關上排氣閥，此時，恰到好處，實驗操作者在實驗正式開始前要多練習幾次）。7.持續(xù)30分鐘左右，待容器內(nèi)空氣溫度與大氣溫度一致時，即U型管差壓計的讀數(shù)穩(wěn)定后，讀出。8.重復上述步驟3次以上，將實驗中采集的數(shù)據(jù)填在實驗數(shù)據(jù)表格中，并求值（取其平均值）。注意：氣囊往往要漏氣，充氣后必須用夾子將膠皮管加夾緊。五、計算公式如果將前述的（4）式直接用于實驗計算的話，比較麻煩。因此，針對我們的實驗條件，現(xiàn)將（4）式進行適當?shù)暮喕?。設U型管差壓計的封液（水）的重度為（N/m3），實驗時大氣壓力為（mmH2O）。因此，狀態(tài)A的壓力可表示為，狀態(tài)B的壓力可表示為，狀態(tài)C的壓力可表示為。將其代入（4）式得 （5）實驗中由于剛性容器的限制。一般取(mmH2O)，且，因此有，。所以，按照近似的方法，（5）式可簡化為 （6）這即為利用本實驗裝置測定空氣絕熱指數(shù)的簡化（近似）計算公式。六、實驗數(shù)據(jù)記錄和整理室溫ta= ，大氣壓力=mmHg。實驗