1、杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心實驗實驗5 空氣比熱容比的測定空氣比熱容比的測定杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心目錄目錄前言前言實驗目的實驗目的實驗原理實驗原理實驗儀器實驗儀器實驗內容實驗內容注意事項注意事項杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心前言前言 對理想氣體的定壓比熱容和定容比熱容之間的關系對理想氣體的定壓比熱容和定容比熱容之間的關系由式表示：由式表示： 式中式中R為氣體普適常數氣體的比熱容比為氣體普適常數氣體的比熱容比為為 氣體的比熱容比現稱為氣體的絕熱系數，它是一個重氣

2、體的比熱容比現稱為氣體的絕熱系數，它是一個重要的物理量，要的物理量，值經常出現在熱力學方程中值經常出現在熱力學方程中Rccvpvpcc杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心實驗目的實驗目的 1. 1. 用絕熱膨脹法和振動法測定空氣的比熱容比用絕熱膨脹法和振動法測定空氣的比熱容比 2. 2. 觀察熱力學過程中狀態變化及基本物理規律觀察熱力學過程中狀態變化及基本物理規律 3. 3. 學習氣體壓力傳感器和電流型集成溫度傳感器的學習氣體壓力傳感器和電流型集成溫度傳感器的原理和使用方法原理和使用方法杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心

3、絕熱膨脹法測量空氣的比熱容比絕熱膨脹法測量空氣的比熱容比杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心實驗原理實驗原理過程圖過程圖杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心III是絕熱過程，由絕熱過程方程得是絕熱過程，由絕熱過程方程得狀態狀態I和狀態和狀態III的溫度均為的溫度均為T0，由氣體狀態方程得，由氣體狀態方程得 合并式兩式，消去合并式兩式，消去V1、V2得得 由上式可以看出，只要測得由上式可以看出，只要測得P0、P1、P2 就可求得空氣就可求得空氣的絕熱指數的絕熱指數。1 102PVPV1 122PVPV10101212lnln

4、ln()lnlnln()PPP PPPP P杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心實驗儀器實驗儀器杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心儀器(a)放大圖杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心實驗內容實驗內容1 1、關閉放氣閥關閉放氣閥A，打開充氣閥，打開充氣閥B，用充氣球向瓶內打，用充氣球向瓶內打氣，使三位半數字電壓表示值升高到氣，使三位半數字電壓表示值升高到100mV100mV150mV150mV。然后關閉充氣閥然后關閉充氣閥B，觀察、的變化，經歷一段時間，觀察、的變化，經歷一段時間后，指示

5、值不變時，記下后，指示值不變時，記下Po，此時瓶內氣體近似為，此時瓶內氣體近似為狀態狀態I.2 2、打開放氣閥。用氣壓計測定大氣壓強，用水銀溫打開放氣閥。用氣壓計測定大氣壓強，用水銀溫度計測環境室溫。開啟電源，讓電子儀器部件預熱度計測環境室溫。開啟電源，讓電子儀器部件預熱20分鐘，然后旋轉調零電位器旋鈕，把用于測量空分鐘，然后旋轉調零電位器旋鈕，把用于測量空氣壓強的三位半數字電壓表指示值調到氣壓強的三位半數字電壓表指示值調到“0”，并記，并記錄錄此時四位半數字電壓表指示值。此時四位半數字電壓表指示值。杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心3 3、迅速打開放氣閥

6、、迅速打開放氣閥A A，使瓶內氣體與大氣相通，由于瓶內，使瓶內氣體與大氣相通，由于瓶內氣壓高于大氣壓，瓶內氣壓高于大氣壓，瓶內V V體積的氣體將突然噴出體積的氣體將突然噴出, ,發出發出 “嗤嗤”的聲音。當瓶內空氣壓強降至環境大氣壓強時（放的聲音。當瓶內空氣壓強降至環境大氣壓強時（放氣聲剛結束），立刻關閉放氣閥氣聲剛結束），立刻關閉放氣閥A A，這時瓶內氣體溫度降，這時瓶內氣體溫度降低，狀態變為低，狀態變為IIII。4 4、當瓶內空氣的溫度上升至溫度、當瓶內空氣的溫度上升至溫度T T時，且壓強穩定后，記時，且壓強穩定后，記下下P P2 2, ,此時瓶內氣體近似為狀態此時瓶內氣體近似為狀態III

7、III。5 5、記錄室內大氣壓，根據、記錄室內大氣壓，根據P P0 0, P, P1 1, P, P2 2, ,可以求出比熱容比?？梢郧蟪霰葻崛荼?。杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心注意事項注意事項1、實驗中貯氣玻璃瓶及各儀器應放于合適位置，最好不、實驗中貯氣玻璃瓶及各儀器應放于合適位置，最好不要將貯氣玻璃瓶放于靠桌沿處，以免打破。要將貯氣玻璃瓶放于靠桌沿處，以免打破。2、轉動充氣閥和放氣閥的活塞時，一定要一手扶住活塞，、轉動充氣閥和放氣閥的活塞時，一定要一手扶住活塞，另一只手轉動活塞，避免損壞活塞。另一只手轉動活塞，避免損壞活塞。杭州電子科技大學杭州電子

8、科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心3 3、實驗前應檢查系統是否漏氣，方法是關閉放氣閥、實驗前應檢查系統是否漏氣，方法是關閉放氣閥A A，打開充氣閥打開充氣閥B B，用充氣球向瓶內打氣，使瓶內壓強升高，用充氣球向瓶內打氣，使瓶內壓強升高1000Pa1000Pa2000Pa2000Pa左右左右( (對應電壓值為對應電壓值為20mV20mV40mV)40mV)，關，關閉充氣閥閉充氣閥B B，觀察壓強是否穩定，若始終下降則說明系，觀察壓強是否穩定，若始終下降則說明系統有漏氣之處，須找出原因。統有漏氣之處，須找出原因。 4 4、做好本實驗的關鍵是放氣要進行的十分迅速。即打開、做好本實驗的關

9、鍵是放氣要進行的十分迅速。即打開放氣閥后又關上放氣閥的動作要快捷，使瓶內氣體與放氣閥后又關上放氣閥的動作要快捷，使瓶內氣體與大氣相通要充分且盡量快底完成。注意記錄電壓值。大氣相通要充分且盡量快底完成。注意記錄電壓值。杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心振動法測定空氣的比熱容比振動法測定空氣的比熱容比杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心實驗原理實驗原理 實驗是通過測定小球在儲氣瓶玻璃管中的振動周期來實驗是通過測定小球在儲氣瓶玻璃管中的振動周期來測定空氣的比熱容比。測定空氣的比熱容比。 式中式中d為小球的直徑，為小球的直徑，P

10、為大氣壓強，為大氣壓強，T為室溫，為室溫，V為體為體積，積，m為小球的質量。為小球的質量。pdTmVPrTmV4242644杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心實驗儀器實驗儀器杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心1.儀器調整儀器調整將氣泵、儲氣瓶用橡皮管連接好，裝有鋼球的玻璃管插將氣泵、儲氣瓶用橡皮管連接好，裝有鋼球的玻璃管插入球形儲氣瓶。將光電接收裝置利用方形連接塊固定在入球形儲氣瓶。將光電接收裝置利用方形連接塊固定在立桿上，固定位置于空芯玻璃管的小孔附近。立桿上，固定位置于空芯玻璃管的小孔附近。調節底板上三個水平調節螺

11、釘，使底板處于水平狀態。調節底板上三個水平調節螺釘，使底板處于水平狀態。接通氣泵電源，緩慢調節氣泵上的調節旋鈕，數分鐘后，接通氣泵電源，緩慢調節氣泵上的調節旋鈕，數分鐘后，待儲氣瓶內注入一定壓力的氣體后，玻璃管中的鋼球離待儲氣瓶內注入一定壓力的氣體后，玻璃管中的鋼球離開彈簧，向管子上方移動，此時應調節好進氣的大小，開彈簧，向管子上方移動，此時應調節好進氣的大小，使鋼球在玻璃管中以小孔為中心上下振動。使鋼球在玻璃管中以小孔為中心上下振動。實驗內容實驗內容杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心2、實驗測量、實驗測量設置：接通計時儀器的電源及光電接收裝置與計時儀器設

12、置：接通計時儀器的電源及光電接收裝置與計時儀器的連接。打開計時儀器，預置測量次數為的連接。打開計時儀器，預置測量次數為50次。（如次。（如需設置其它次數，可按需設置其它次數，可按“置數置數”鍵后，再按鍵后，再按“上調上調”或或“下調下調”鍵，調至所需次數，再按鍵，調至所需次數，再按“置數置數”鍵確定。本鍵確定。本實驗按預置測量次數進行，不需要另外置數。）實驗按預置測量次數進行，不需要另外置數。）杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心測量：按測量：按“執行執行”鍵，即開始計數（狀態顯示燈閃爍）。鍵，即開始計數（狀態顯示燈閃爍）。待狀態顯示燈停止閃爍，顯示屏顯示的

13、數字為振動待狀態顯示燈停止閃爍，顯示屏顯示的數字為振動50次所需的時間。重復測量次所需的時間。重復測量5次。次。其它測量其它測量 用螺旋測微計測出鋼球的直徑用螺旋測微計測出鋼球的直徑d，重復測量，重復測量5次。次。 用物理天平稱出鋼球的質量用物理天平稱出鋼球的質量m，左右盤各稱一次。，左右盤各稱一次。杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心記錄室溫和大氣壓和容器的體積記錄室溫和大氣壓和容器的體積根據公式求出空氣的比熱容比。根據公式求出空氣的比熱容比。估算測量的不確定度估算測量的不確定度pdTmVPrTmV42426443、實驗步驟、實驗步驟杭州電子科技大學杭州電

14、子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心注意事項注意事項若鋼球不作簡諧振動，可以調節氣泵上面的氣流調若鋼球不作簡諧振動，可以調節氣泵上面的氣流調節閥門，直到鋼球在玻璃管上小孔附近作穩定的諧節閥門，直到鋼球在玻璃管上小孔附近作穩定的諧振動。振動。接通電源后若不計時或不停止計時，可能是光電門接通電源后若不計時或不停止計時，可能是光電門位置放置不正確，造成鋼球上下振動時未擋光，或位置放置不正確，造成鋼球上下振動時未擋光，或者是外界光線過強，須適當擋光。者是外界光線過強，須適當擋光。本實驗裝置主要系玻璃制成，且對玻璃管的要求特本實驗裝置主要系玻璃制成，且對玻璃管的要求特別高，振動鋼球的直徑僅

15、比玻璃管內徑小別高，振動鋼球的直徑僅比玻璃管內徑小0.01mm左右，因此鋼球表面不允許擦傷，在測量鋼球質量左右，因此鋼球表面不允許擦傷，在測量鋼球質量和直徑是要注意輕拿輕放，還要防止鋼球表面粘上和直徑是要注意輕拿輕放，還要防止鋼球表面粘上灰塵。灰塵。杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心杭州電子科技大學杭州電子科技大學物理實驗教學示范中心物理實驗教學示范中心杭州電子科技大學杭州電子科