實驗5-氣體絕熱指數(shù)實驗報告大全

實驗5氣體絕熱指數(shù)測量。【預(yù)習(xí)提示】熟悉氣體的定壓比熱容、定容比熱容、絕熱指數(shù)、熱力學(xué)過程等基本概念。理解熱力學(xué)第一定律和理想氣體的狀態(tài)方程。了解絕熱膨脹法測量空氣的絕熱指數(shù)的基本原理和方法。了解用傳感器精確測量氣體壓強和溫度的基本原理和方法?！緦嶒?zāi)康摹繉W(xué)習(xí)絕熱膨脹法測量氣體絕熱指數(shù)的原理和方法。觀察和分析熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)和過程特征，掌握實現(xiàn)等值過程的方法。初步了解半導(dǎo)體氣體壓力傳感器和電流型集成溫度傳感器的工作原理和使用方法。【實驗原理】測量絕熱指數(shù)的原理根據(jù)熱力學(xué)第一定律，，系統(tǒng)自外界吸收的熱量Q等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加和對外界所做的功A之和。壓強、溫度、體積是研究氣體狀態(tài)的三個基本參量。設(shè)想一儲氣瓶，上面有充氣閥、放氣閥，用打氣球向瓶內(nèi)打氣，瓶內(nèi)空氣被壓縮，也強增大，溫度升高。等瓶內(nèi)氣體穩(wěn)定后，空氣分子分布均勻，瓶內(nèi)氣體溫度與室溫相同，此時氣體狀態(tài)記錄為（）；迅速打開放氣閥，使瓶，內(nèi)氣體與大氣相通，則瓶內(nèi)氣體將有噴出，當(dāng)壓強降為大氣壓時，關(guān)閉放氣閥，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體對外界做功，內(nèi)能減少，氣體溫度下降為T1,，由于放氣較快，瓶內(nèi)保留氣體可視作為未與外界進行熱量交換，視為絕熱膨脹過程；瓶內(nèi)氣體低于外界溫度，氣體將會從外界吸熱直到達到室溫為止，壓強也會增加為P2，這個過程視作為等容吸熱過程。將絕熱膨脹后瓶內(nèi)剩余氣體作為一定質(zhì)量的熱力學(xué)系統(tǒng)來研究。剩余氣體放氣前處于狀態(tài)=1\*ROMANI，經(jīng)過絕熱膨脹后氣體由狀態(tài)=1\*ROMANI變?yōu)闋顟B(tài)=2\*ROMANII。是瓶內(nèi)剩余氣體在狀態(tài)=1\*ROMANI的體積，是儲氣瓶的體積。再經(jīng)過等容吸熱的過程由狀態(tài)=2\*ROMANII變?yōu)闋顟B(tài)=3\*ROMANIII。氣體的狀態(tài)變化過程如圖所示。由于狀態(tài)=1\*ROMANI和狀態(tài)=3\*ROMANIII的溫度均為,因此，由狀態(tài)=1\*ROMANI到狀態(tài)=3\*ROMANIII可視為等溫過程。I-=2\*ROMANII絕熱過程狀態(tài)變化方程：（泊松方程）I-III等溫狀態(tài)變化方程：由上式可以看出，系統(tǒng)經(jīng)過三個狀態(tài)，只要測得、、就可求得空氣的絕熱指數(shù)。絕熱過程：系統(tǒng)與外界無熱交換的過程。滿足以下任一條件即可視作為絕熱過程：有良好的絕熱材料隔絕的系統(tǒng)；熱交換過程非?？煲灾劣谕饨鐩]有顯著熱交換。（本實驗屬于第二種）用擴散硅壓阻式差壓傳感器測量壓強實驗中用高精度擴散硅壓阻式差壓傳感器測量壓強。擴散硅壓阻式差壓傳感器是利用半導(dǎo)體材料硅的壓阻效應(yīng)制成的。測量壓強時將差壓傳感器一端與瓶內(nèi)被測氣體相通，另一端與大氣相通。當(dāng)瓶內(nèi)被測氣體壓強發(fā)生變化時，傳感器的輸出電壓值相應(yīng)產(chǎn)生變化。傳感器輸出電壓和壓強的變化成線性關(guān)系，可表示為：。是被測氣體壓強，為大氣壓強，為傳感器的輸出電壓，為壓差為零時傳感器的輸出電壓，為傳感器的靈敏度。則。實驗中所用的差壓傳感器，儀器參數(shù)，=0mV。則。用AD590集成溫度傳感器測量溫度AD590是一種新型的電流輸出型半導(dǎo)體集成溫度傳感器，利用PN結(jié)的正向壓降隨溫度變化的特性制成。測溫范圍為。當(dāng)施加4v~30v的激勵電壓時，這種傳感器起恒流源的作用，其輸出電流與傳感器所處的熱力學(xué)溫度T成正比，且轉(zhuǎn)換系數(shù)為或。如用攝氏度表示溫度，則輸出電流為。AD590輸出的電流可以在遠距離處通過一個適當(dāng)阻值的電阻R,轉(zhuǎn)化為一個電壓U,由算出其輸出的電流，從而計算出溫度值。本實驗用的溫度傳感器電路的轉(zhuǎn)換系數(shù)為，這樣，數(shù)