測定空氣的比熱容比

測定空氣的比熱容比第1頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月目的要求

１．學(xué)習(xí)測定空氣定壓比熱容與定容比熱容之比的一種方法；２．實地考察熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)變化過程的特征。３．學(xué)習(xí)用傳感器精確測定氣體壓強和溫度的原理與方法。第2頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月比熱容比同種物質(zhì)可以有不同的比熱容：當(dāng)壓力恒定時可得物質(zhì)的定壓比熱容，體積一定時可得物質(zhì)的定容比熱容,它們?yōu)橹鞅葻崛?。?dāng)然，及是溫度的函數(shù)，但當(dāng)實際過程所涉及的溫度范圍不大時，二者可視為常數(shù)。對于理想氣體，二者之間滿足如下關(guān)系：式中R表氣體普適常數(shù)；μ表氣體的摩爾質(zhì)量。由上式可以得出一個熱力學(xué)中的重要物理量：

(28.1)其中，稱為氣體的主比熱容之比（簡稱比熱容比）。它在絕熱或近于絕熱的過程中有許多應(yīng)用。例如：氣體的突然膨脹或壓縮以及聲音在氣體中的傳播都與該比值有關(guān)。第3頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月原理

以比大氣壓稍高的壓力，向玻璃容器壓入適量空氣，并以與外部環(huán)境溫度相等之時單位質(zhì)量的氣體體積(稱為比體積或比容)作為，用圖28-1中的Ⅰ表示這一狀態(tài)。而后，急速打開放氣活塞“B”，亦即使其絕熱膨脹，降至大氣壓強，并以狀態(tài)Ⅱ表出。由于是絕熱膨脹，；所以，若再迅速關(guān)閉活塞“B”、并放置一段時間，系統(tǒng)則將從外界吸收熱量，且溫度重新升高至；因為吸熱過程中體積不變，所以，壓力將隨之增加為，即系統(tǒng)又變至狀態(tài)Ⅲ（）。

第4頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月因狀態(tài)Ⅰ→Ⅱ的變化是絕熱的，故滿足泊松公式：

(28.2)而狀態(tài)Ⅲ與Ⅰ是等溫的(圖中由虛線表出)，所以，玻意耳定律成立，即：

(28.3)

由式(28.2)及(28.3)消去，并求解得：

(28.4)

可見，只要測得壓強及，就可求出。如以和分別表示對應(yīng)及與的壓力差，則有：

(28.5)現(xiàn)將式(28.5)代入式(28.4)，并考慮到，則：

(28.6)可見，只要測得及，即可通過式(28.6)求出空氣的比熱容比。第5頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月儀器用品FD-NCD空氣比熱容比測定儀，6V直流電源，5kΩ標(biāo)準(zhǔn)電阻及環(huán)境溫度計(大氣壓力計)等。

第6頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月注意事項

1.注意系統(tǒng)密封性，檢查是否漏氣；2.旋轉(zhuǎn)活塞時不可動作過猛，以防活塞折斷；3.壓入氣體時要平穩(wěn)，不要使表（１）超程；4.

嚴(yán)格掌握放氣活塞從打開到關(guān)閉的時間，否則會給實驗結(jié)果帶來較大的不確定度；5.

注意掌握實驗進(jìn)程，防止實驗周期過長、環(huán)境溫度發(fā)生較大變化對實驗造成的影響；6.實驗完畢將儀器整理復(fù)原，并注意將放氣活塞“B”打開，使容器與大氣相通。

第7頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗內(nèi)容

１．按圖（28-3）連接儀器電路，AD590正負(fù)極切勿接錯。測定環(huán)境氣壓Pa及環(huán)境溫度Te。開啟電子儀器部分的電源預(yù)熱20分鐘，調(diào)節(jié)表（１）至0mV。２．熟悉實驗裝置，正確使用活塞“A”、“B”及用壓力傳感器測量容器內(nèi)外之壓力差；同時進(jìn)行粗測，以尋求由狀態(tài)Ⅰ→Ⅱ的過程進(jìn)行的時間(即放氣時間)，并注意觀察物理現(xiàn)象。３．順序完成Ⅰ→Ⅲ的狀態(tài)變化過程。平穩(wěn)地向“V”內(nèi)壓入適量氣體后關(guān)閉進(jìn)氣活塞“A”，待系統(tǒng)與外界達(dá)到熱平衡〔表(１)指示穩(wěn)定〕后，記錄表(１)指示及表(2)指示T1；然后迅速打開放氣活塞“B”，待噴氣聲音停止時立刻關(guān)閉；待表(１)指示穩(wěn)定后，再記錄及T2。４．在數(shù)值大致相同的條件下重復(fù)實驗8-10次，分別代入式(28.6)，求出及其算術(shù)平均值。第8頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月考查題

１．泊松公式成立的條件是什么？為什么說由本實驗測得的結(jié)果比較粗糙？２．說明打氣過程中，以及系統(tǒng)在Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ諸過程中活塞“A”、“B”所處的位置。３．怎樣做才能8~10在次的重復(fù)測量中保證的數(shù)值大致相同？這樣做有何好處？若很不相同，對實驗有無影響？４．如果從停止打氣到讀取，以及從停止放氣到讀取的時間都很短,分別對測量結(jié)果帶來什么影響？若都很長，對測量結(jié)果有影響嗎？為什么？５．本實驗有哪些注意事項？第9頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題

１．由狀態(tài)Ⅰ到狀態(tài)Ⅱ的放氣過程可視為絕熱過程的條件是什么？在此過程中，活塞“B”從打開到關(guān)閉的時間過長或過短，對測量結(jié)果有何影響？試分析說明并通過實驗驗證之。２．假定實驗的熱力學(xué)過程是準(zhǔn)靜態(tài)的，試參照圖28-1分別在圖及圖上繪出狀態(tài)Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ的過程曲線。３．現(xiàn)已假定、分別代表絕熱膨脹前、后空氣的比容，在此假定下，本實驗所考察的熱力學(xué)系統(tǒng)是什么？若重新假定絕熱膨脹后仍留在“Ｖ”中的那部分空氣作為我們所考察的熱力學(xué)系統(tǒng)，對實驗有影響嗎？在后一種假定下，及將等于什么（設(shè)容器體積為）？第10頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月4．試比較由式(28.4)及式(28.6)所求的結(jié)果，由此說明式(28.6)的近似程度。5.試計算系統(tǒng)從狀態(tài)Ⅰ→Ⅱ的溫