空气比热容比的测定实验手册

实验4-4 空气比热容比的测量气体的比热容比γ(又称绝热指数)是一个重要的热力学参量，经常出现在热力学方程中。

测量γ的方法有多种，绝热膨胀测量是一种重要的方法。

传统的比热容比实验大多是利用开口U 型水银压力计或水压力计测量气体的压强，用水银温度计测量温度，测量结果较为粗略，实验误差大。

本实验采用的是高精度、高灵敏度的硅压力传感器和电流型集成温度传感器分别测量气体的压强和温度，克服了原有实验的不足，实验时能更明显地观察分析热力学现象，实验结果较为准确。

【实验目的】1．学习用绝热膨胀法测量空气的比热容比γ；2．观察和分析热力学系统的状态和过程特征，掌握实现等值过程的方法； 3．了解硅压力传感器和电流型集成温度传感器的工作原理，掌握其使用方法。

【实验原理】1．测量比热容比的原理气体受热过程不同，比热容也不同。

气体等容及等压过程的比热容分别称为定容比热容V C 和定压比热容p C 。

定容比热容是将kg 1气体在保持体积不变的情况下加热，当其温度升高C 1︒时所需的热量；而定压比热容则是将kg 1气体在保持压强不变的情况下加热，当其温度升高C 1︒时所需的热量。

显然，后者由于要对外作功而大于前者，即V p C C >。

气体的比热容比γ定义为定压比热容p C 和定容比热容V C 之比，即Vp C C =γ (4-4-1)测量γ的实验装置如图4-4-1所示。

我们以贮气瓶内空气作为研究的热力学系统，进行如下实验过程。

(1) 首先打开放气活塞2，贮气瓶与大气相通，再关闭放气活塞2，瓶内充满与周围空气同温同压的气体。

(2) 打开进气活塞1，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭进气活塞1。

此时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高。

等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度(室温)平衡，此时的气体处于状态Ⅰ),,(011T V p 。

1-进气活塞；2-放气活塞；3-AD590； 4-气体压力传感器；5-704胶粘剂图4-4-1 实验装置简图数字电压表(3) 迅速打开放气活塞2，使瓶内气体与大气相通，当瓶内气体压强降到0p 时，立即关闭放气活塞2，将有体积为V ∆的气体喷泻出贮气瓶。

如有你有帮助，请购买下载，谢谢！134页实验5—2 空气比热容比的测定理想气体的定压比热容C p 和定容比热容C v 之间满足关系：p v C C R -=，其中R 为气体普适常数；二者之比p v C C γ=称为气体的比热容比，也称气体的绝热指数，它在热力学理论及工程技术的实际应用中起着重要的作用，例如：热机的效率及声波在气体中的传播特性都与空气的比热容比γ有关。

【实验目的】⒈ 用绝热膨胀法测定空气的比热容比。

⒉ 观测热力学过程中的状态变化及基本物理规律。

⒊ 学习空气压力传感器及电流型集成温度传感器的原理和使用方法。

【实验原理】把原处于环境压强P 0及室温T 0下的空气状态称为状态O (P 0 ，T 0)。

关闭放气阀、打开充气阀，用充气球将原处于环境压强P 0、室温T 0状态下的空气经充气阀压入贮气瓶中。

打气速度很快时，此过程可近似为一个绝热压缩过程，瓶内空气压强增大、温度升高。

关闭进气阀，气体压强稳定后，达到状态Ⅰ(P 1 ，T 1 )。

随后，瓶内气体通过容器壁和外界进行热交换，温度逐步下降至室温T 0，达到状态Ⅱ(P 2 ，T 0 ),这是一个等容放热过程。

迅速打开放气阀，使瓶内空气与外界大气相通，当压强降至P 0时立即关闭放气阀。

此过程进行非常快时，可近似为一个绝热膨胀过程，瓶内空气压强减小、温度降低；气体压强稳定后，瓶内空气达到状态Ⅲ(P 0 ，T 2 )。

随后，瓶内空气通过容器壁和外界进行热交换，温度逐步回升至室温T 0，达到状态IV(P 3 ，T 0 )，这是一个等容吸热过程。

O (P 0 ，T 0 ) ① 绝热压缩→ Ⅰ(P 1 ，T 1 )② 等容放热→ Ⅱ(P 2 ，T 0 )③ 绝热膨胀→ Ⅲ(P 0 ，T 2 )④ 等容吸热→ IV(P 3 ，T 0 )其中过程①、② 对测量γ没有直接影响，这两个过程的目的是获取温度等于环境温度T 0的压缩空气，同时可以观察气体在绝热压缩过程及等容放热过程中的状态变化。

1. 实验名称空气比热容比的测定 2. 实验目的(1)了解绝热、等容的热力学过程及有关状态方程。

(2)测定空气的比热容比。

3. 实验原理:主要原理公式及简要说明、原理图(1)热力学第一定律及定容比热容和定压比热容 热力学第一定律：系统从外界吸收的热量等于系统内能的增加和系统对外做功之和。

考虑在准静态情况下气体由于膨胀对外做功为PdV dA =，所以热力学第一定律的微分形式为PdV dE dA dE dQ +=+= (1)定容比热容C v 是指1mol 的理想气体在保持体积不变的情况下，温度升高1K 所吸收的热量。

由于体积不变，那么由(1)式可知，这吸收的热量也就是内能的增加(d Q ＝d E )，所以dTdE dT dQ C v v =⎪⎪⎭⎫⎝⎛=(2) 由于理想气体的内能只是温度的函数，所以上述定义虽然是在等容过程中给出，实际上任何过程中内能的变化都可以写成d E ＝C v dT定压比热容是指1mol 的理想气体在保持压强不变的情况下，温度升高1K 所吸收的热量。

即pp dT dQ C ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=(3) 由热力学第一定律(3)式，考虑在定压过，就有dT dV pdT dE dT dQ pp +⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛(4) 由理想气体的状态方程PV ＝RT 可知，在定压过程中P R dT dV =，又利用v C dTdE=代入(4)式，就得到定压比热容与定容比热容的关系R C C v p +=(5)R 是气体普适常数，为8.31 J / mol· K ，引入比热容比γ为v p C C /=γ(6)在热力学中，比热容比是一个重要的物理量，它与温度无关。

气体运动理论告诉我们，γ与气体分子的自由度f 有关ff 2+=γ(7) 例如，对单原子气体(Ar 、He),3=f 67.1=γ对双原子气体(N 2、H 2、O 2)5=f40.1=γ，对多原子气体(CO 2、CH 4),6=f 33.1=γ(2)绝热过程系统如果与外界没有热交换，这种过程称为绝热过程，因此，在绝热过程中，d Q ＝0。

气体比热容比C P /C V 的测定引言比热容是物性的重要参量，在研究物质结构、确定相变，鉴定物质纯度等方面起着重要的作用。

本实验将介绍一种较新颖的测量气体比热容的方法。

【一】实验目的测定空气分子的定压比热容与定容比热容之比。

【二】实验仪器1.DH 4602气体比热气体比热容比测定仪2.支撑架3.密玻璃容器4.气泵计时器操作1.打开电源，程序预置周期为T=30（数显），即：小球来回经过光电门的次数为T=2n+1次。

2.据具体要求，若要设置50次，先按“置数”开锁，再按上调（或下调）改变周期T ，再按“置数”锁定，此时，即可按执行键开始计时，信号灯不停闪烁，即为计时状态，当物体经过光电门的周期次数达到设定值，数显将显示具体时间，单位“秒”。

须再执行“50”周期时，无须重设置，只要按“返回”即可回到上次刚执行的周期数“50”，再按“执行”键，便可以第二次计时。

（当断电再开机时，程序从头预置30次周期，须重复上述步骤）【三】实验原理气体的定压比热容C P 与定容比热容C V 之比V P C /C =γ。

在热力学过程特别是绝热过程中是一个很重要的参数，测定的方法有好多种。

这里介绍一种较新颖的方法，通过测定物体在特定容器中的振动周期来计算γ值。

实验基本装置如图10-1所示，振动物体小球的直径比玻璃管直径仅小0.01~0.02mm 。

它能在此精密的玻璃管中上下移动，在瓶子的壁上有一小口，并插入一根细管，通过它各种气体可以注入到烧瓶中。

钢球A 的质量为m ，半径为r （直径为d ），当瓶子内压力P 满足下面条件时钢球A 处于力平衡状态。

这时2L r mg P P π+=，式中P L 为大气压力。

为了补偿由于空气阻尼引起振动物体A 振幅的衰减，通过C 管一直注入一个小气压的气流，在精密玻璃管B 的中央开设有一个小孔。

当振动物体A 处于小孔下方的半个振动周期时，注入气体使容器的内压力增大，引起物体A 向上移动，而当物体A 处于小孔上方的半个振动周期时，容器内的气体将通过小孔流出，使物体下沉。

实验二 空气比热容比和液体粘滞系数的测定(一) 空气比热容比的测定【实验简介】空气的比热容比 又称气体的绝热指数, 是系统在热力学过程中的重要参量。

测定 值在研究气体系统的内能, 气体分子的热运动以及分子内部的运动等方面都有很重要的作用。

如气体系统作绝热压缩时内能增加, 温度升高；反之绝热膨胀时, 内能减少, 温度降低。

在生产和生活实践中广泛应用的制冷设备正是利用系统的绝热膨胀来获得低温的。

除此以外, 测定比热容比还可以研究声音在气体中的传播。

由上可见, 测定气体的比热容比是一个重要的实验。

本实验采用绝热膨胀法测定空气的 值。

【实验目的】1.用绝热膨胀法测定空气的比热容比。

2.观察热力学过程中系统的状态变化及基本物理规律。

3.学习使用空气比热容比测定仪和福廷式气压计。

【实验仪器】空气比热容比测定仪（FD —NCD 型, 包括主机, 10升集气瓶连橡皮塞和活塞, 打气球, 硅压力传感器及同轴电缆, AD590温度传感器及电缆）、低压直流电源（VD1710—3A ）、电阻箱（或 定值标准电阻）、福廷式气压计（共用）。

【实验原理】1.理想气体的绝热过程有 , 叫做理想气体的比热容比或绝热指数。

和 分别是理想气体的定压摩尔热容和定体摩尔热容, 二者之间的关系为 （ 为普适气体恒量） 2.如图所示, 关闭集气瓶上的活塞 , 打开 , 用打气球缓慢而稳定地将空气打入集气瓶内, 瓶内空气的压强逐渐增大, 温度逐渐升高。

当压强增大到一定值时, 关闭 , 停止打气。

待集气瓶内的温度降至室温 状态稳定时, 这时瓶内气体处处密度均匀, 压力均匀, 温度均匀。

此时取瓶内体积为 的一部分气体作为我们的研究对象, 系统处于状态1 , 这部分气体在接下来的膨胀中体积可以恰好充满整个瓶的容积 。

突然打开活塞 进行放气, 放掉多余的气体, 使系统迅速的膨胀, 达到状态2 , 随即又迅速关闭 。

是环境大气压。

由于放气过程迅速, 可视为绝热过程, 故有1102PV PV γγ= （1）3.关闭 后, 瓶内气体的温度会由 缓慢回升至室温 , 与此同时, 压强也会逐渐增大。

实验五空气比热容比的测定气体的比热容比γ（亦称绝热指数），是一个重要的热力学参量。

测量γ值的方法有多种，绝热膨胀测量γ是一种重要的方法。

传统的比热容比实验大多是利用开口U 型水银压力计测量气体的压强，用水银温度计测温度，测量结果较为粗略。

本实验采用的是高灵敏度的硅压力传感器和高灵敏温度传感器，分别测量气体的压强和温度，克服了原来实验中的不足，实验时能更明显地观察分析热力学现象，实验结果较为准确。

【实验目的】1、 学习用绝热膨胀法测定空气的比热容比γ；2、观察和分析热力学系统的状态和过程特征，掌握实现等值过程的方法。

*3、了解硅压力传感器的工作原理，掌握其使用方法。

【实验原理】一 测量比热容比的原理单位质量（1kg ）的物质温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量称为这种物质的比热容。

同一种气体由于受热过程不同，有不同的比热容。

对应于气体受热的等容过程及等压过程，气体的比热容有定容比热容C V 和定压比热容C P 。

定容比热容是将气体在保证体积不变的情况下加热，当温度升高1 ℃时所需的热量；而定压比热容则是在保持压强不变的情况下加热，温度升高1℃所需的热量。

显然，对同一种气体C P >C V ,因为定压膨胀过程要对外做功。

{对理想气体C P －C V =R, R=8.31J/mo l ·k,为气体普适恒量}。

通常称γ=C P /C V 为该气体的比热容比。

理想气体的压强p 、体积V 、温度T ，在任何状态下都遵守气态方程C TpV 常量=。

此外，在准静态绝热过程中还遵守绝热过程方程C pV '=γ。

因此γ亦称为绝热指数。

γ的大小与气体种类有关，还与温度有关。

对同一种气体，在常温下γ基本不随温度变化。

测量装置如图示（见实物）。

以储气瓶内空气作研究的热力学系统，进行如下实验过程。

（1） 首先打开放气阀A ，储气瓶与大气相通，再关闭阀 A ；瓶内充满与外界同温、同压气体。

实验一空气比热容比的测定实验一：空气比热容比的测定一、实验目的1.学习和掌握空气比热容比的概念和测量方法。

2.通过实验测定空气的比热容比。

3.理解比热容比与物质分子热运动的关系。

二、实验原理空气的比热容比（又称比热容比系数）定义为，当温度升高1度时，1千克物质所需的热量与1千克干空气所需的热量之比。

它反映了物质在热传导过程中吸收和释放热量的能力，可以用来评估材料的热性能。

本实验采用绝热膨胀法测定空气的比热容比。

三、实验步骤1.准备实验器材：一气缸、一个压力表、一个温度计、一个恒温水槽、一个空气压缩机、计时器和称量纸。

2.将恒温水槽设定在不同温度值（如0℃、25℃、50℃），测量恒温水槽的实际温度。

3.将压力表和温度计安装在气缸上，连接空气压缩机，开启空气压缩机，将气缸内的空气加热到预定温度（如25℃）。

4.记录压力表和温度计读数，根据压力和温度数据计算湿空气的密度。

5.用称量纸称量湿空气的质量，将其输入计算公式，得到实验数据。

6.改变恒温水槽设定温度，重复步骤3至步骤5，得到足够数量的数据点。

四、实验数据分析通过实验得到了如下数据：着温度的升高，空气分子热运动增强，导致热传导能力增强，比热容比增大。

五、实验结论通过本实验，我们成功地学习了空气比热容比的概念和测量方法，并掌握了绝热膨胀法测定空气比热容比的实验方法。

实验数据表明，随着温度的升高，空气的比热容比增大，这与空气分子热运动增强导致热传导能力增强的理论相符。

本实验不仅有助于我们理解空气的热性质，也为今后研究其他物质提供了有效的实验方法和思路。

实验九空气比热容比测定一、实验目的1.学习利用间接方法测定气体比热容比的实验方法和实验原理；2.验证气体比热容比与物质状态有关的现象。

二、实验原理气体比热容比的测定原理是利用一个绝热容器，其中装有一定质量的气体。

在恒定压力下，给气体一定热量，观察气体的温度变化，并根据热力学定律来计算气体的比热容比。

在绝热容器内，气体可以看做一个整体，所接受的热量可以用热量定理来表达：Q = mCpΔT其中，Q是所加的热量，m是气体的质量，Cp是气体的比热容，ΔT是气体温度的变化。

因为绝热容器内没有热量流出或流入，所以Q的大小可由电功率计测出，即：Q = I×V×t其中，I是电流强度，V是电压，t是加热时间。

将以上两个公式联立，可以得到气体的比热容公式：但实验中的气体并不是完全绝热的，所以还需要考虑气体的放热损失，公式可修正为：Cp = I×V×t/(mΔT + Q损失)其中，Q损失表示气体在放热过程中所损失的热量。

三、实验步骤1.将加热丝固定在绝热容器底部，而使其不接触到容器壁，连接电源，注意仪器接线正确，开启加热开关，预热约15分钟，使它内部温度稳定在室温以上20℃。

然后关闭加热开关，等待温度恢复至室温后，记录室温室压，此作为实验开始时的压力。

2.利用压缩泵将气体压入绝热容器中，记录气体的质量m。

然后将容器盖上并将盖子扣紧。

3.打开电源，开启加热开关，记录电源电流强度，电源电压和加热时间，等待热平衡后，记录气体的最终温度。

4.关闭加热开关，断电，利用温度计记录气体温度的变化（至少记录5组温度），并用这些数据计算出气体的比热容比，注意每次计算的ΔT需取平均值。

5.将解锁螺丝轻松，将压力放出，使长度和直径为L和D的铜管中维持恒定的气体质量。

6.重复以上实验，改变气体的质量m，至少做两次。

7.误差分析和实验报告书写。

四、实验结果处理按照上述实验步骤进行实验，得到如下数据：实验数据表实验次数质量m/kg 电流I/A 电压V/V 加热时间t/s ΔT/℃Q损失/J Calculated Cp/J·kg-1·℃-11 0.15390 1.00 80.0 300 76.3 38.7 941.092 0.16812 1.00 90.0 300 78.1 38.7 900.803 0.17856 1.00 100.0 300 80.5 38.1 903.83根据实验数据和上文中的计算公式，计算出不同质量条件下气体的比热容比，并绘制出质量和比热容比间的关系曲线图。

测定空气比热容比实验报告实验目的：1.测定空气的比热容比；2.掌握热平衡的方法和实验技巧；3.掌握冷热水混合的热平衡方法。

实验器材：1.中空金属绝热杯2.温度计3.可调节加热器4.隔热垫5.实验用水实验原理：空气的比热容比是在恒压下单位质量空气温度升高1℃所需要的热量与单位质量空气温度升高1℃所需要的热量的比值，用γ表示。

热平衡指两个物体达到相同温度的状态。

根据热平衡原理及能量守恒定律，可得到热平衡的关系式：m1c1ΔT1=m2c2ΔT2，其中m为质量，c为比热容，ΔT为温度变化。

实验步骤：1.按实验器材准备好实验装置，将中空金属绝热杯放在隔热垫上；2.称取一定质量的水m1，通过温度计测量其初始温度T1；3.将水倒入中空金属绝热杯中，并再次测量水的质量m2；4.放入温度计，迅速记录下水的最高温度T2；5.加热器以适当的功率加热冷水，使水温随时间增长，并记录加热时间t；6.每隔一段时间t1，记录一次水的温度T3，并保持加热功率不变直到水的温度上升到T2；7.根据实验数据计算空气的比热容比γ。

实验数据：水的质量m1=100g水的初始温度T1=20℃最高温度T2=40℃水的质量m2=80g加热时间t=600s间隔时间t1=60s温度变化ΔT1=T2-T1数据处理：1.根据热平衡关系式可得到：m1c1ΔT1=m2c2ΔT2m1c1(T2-T1)=m2c2(T2-T3)根据上式可计算出c2：c2=c1(T2-T1)/(T2-T3)2.根据给定数据计算结果。

实验结果：根据实验数据和计算公式，可以得到计算出的空气比热容比γ的数值。

实验讨论与误差分析：1.实验过程中，可能存在温度计读数不准确、水温升高不均匀等误差因素；2.实验结果可能会受到环境温度的影响；3.实验中加热水的同时要保证绝热杯外部不受热，从而减小热量的损失。

实验结论：通过本实验测定得到空气的比热容比为γ。

实验结果可与已知的理论值进行比较。

如果两者相差较大，可能是由于实验误差及实验装置等因素造成的，需要进一步排除误差源，并改进实验方法和装置。