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实验一 气体定压比热容的测定一、实验目的1． 掌握气体比热容测定装置的基本原理，了解辐射屏蔽绝热方法的基本思路； 2． 进一步熟悉温度、压力和流量的测量方法；3． 测定空气的定压比热容，并与文献中提供的数据进行比较。
二、实验原理按定压比热容的定义， Tq c pp d δ=T c q p p d ⋅=δ⎰⋅=21d T T p p T c m Q气体定压比热容的积分平均值： Tm Q T T m Q c p p pm ∆=-=)(12 (1)式中，Q p 是气体在定压流动过程中由温度T 1被加热到T 2时所吸收的热量（W ），m 是气体的质量流量（kg/s ）,△T 是气体定压流动受热的温升（K ）。
这样，如果我们能准确的测出气体的定压温升△T ，质量流量m 和加热量Q ，就可以求得气体的定压比热容c pm 。
在温度变化范围不太大的条件下，气体的定压比热容可以表示为温度的线性函数，即 c p =a +bT不难证明，温度T 1至T 2之间的平均比热容，在数值上等于平均温度T m =( T 1+T 2)/2下气体的真实比热容，即c pm =c p [(T 1+T 2)/2]=a+b T m (2)据此，改变T 1或T 2，就可以测出不同平均温度下的比热容，从而求得比热容与温度的关系。
三、实验设备实验所用的设备和仪器主要有风机、流量计、比热仪主体、调压变压器、温度计等。
实验时，被测气体由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。
在此过程中，分别测定：在流量计出口处的干、湿球温度T 0和T w ，气体流经比热仪主体的进出口温度T 1和T 2；气体的体积流量V ；电加热功率P 以及实验时的大气压p b 和流量计出口处的表压p e 。
气体的流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的功率来调节。
本比热仪可测300℃以下气体的定压比热容。
前已指出，提高测量精度的关键是提高Q p 、ΔT 和m 的测量精度，设电加热器的功率为P ，则，P=Q g +Q ζ (3)其中，Q g 是气体所吸收的热量，Q ζ是损失到环境中的热量。
气体定压比热的测定实验报告气体定压比热的测定实验报告引言：气体的性质研究一直是物理学中的重要内容之一。
在研究气体性质时，比热是一个重要的物理量。
比热是指单位质量物质温度升高1摄氏度所需要的热量。
气体的比热可以分为定容比热和定压比热。
本实验主要研究气体的定压比热。
实验目的：通过实验测定气体的定压比热，了解气体的热力学性质。
实验原理：根据热力学原理，气体的定压比热可以通过测量气体在恒定压力下的温度变化来确定。
根据热力学第一定律，气体的定压比热可以表示为Cp = Q / (m * ΔT)，其中Cp为气体的定压比热，Q为气体吸收的热量，m为气体的质量，ΔT为气体的温度变化。
实验装置：本实验采用的装置主要包括恒压容器、温度计、热源和数据记录仪等。
恒压容器用于保持气体的压强不变，温度计用于测量气体的温度，热源用于为气体提供热量，数据记录仪用于记录实验数据。
实验步骤：1. 将恒压容器连接好，确保气体不会泄漏。
2. 在容器中加入适量的气体，并记录下气体的质量。
3. 将温度计插入容器中，确保温度计与气体接触良好。
4. 打开热源，向容器中提供热量，使气体的温度升高。
5. 同时使用数据记录仪记录下气体的温度变化。
6. 当气体的温度变化趋于稳定时，记录下最终的温度变化值。
7. 根据实验数据计算出气体的定压比热。
实验结果与分析：根据实验数据计算出气体的定压比热，并进行数据分析。
根据实验结果可以发现，气体的定压比热与气体的种类、压强等因素有关。
不同种类的气体具有不同的定压比热值，而对于同一种气体，在不同的压强下定压比热也会有所变化。
实验误差与改进：在实验过程中，由于温度计的精度、热源的稳定性等因素的影响，实验结果可能存在一定的误差。
为了减小误差，可以采取以下改进措施：提高温度计的精度、使用更稳定的热源、增加实验次数等。
结论：通过本次实验，我们成功测定了气体的定压比热，并对实验结果进行了分析。
实验结果表明，气体的定压比热与气体的种类、压强等因素有关。
气体定压比热测定实验报告一、实验目的1、了解气体定压比热测定装置的基本原理和结构。
2、掌握测量气体定压比热的实验方法。
3、加深对热力学第一定律和比热概念的理解。
二、实验原理根据热力学第一定律，对于一个闭口系统，在定压过程中，系统吸收的热量等于焓的增加。
即：＄Q_p ＝＼Delta H$定压比热$c_p$定义为单位质量的气体在定压过程中温度升高 1K 所吸收的热量，数学表达式为：＄c_p ＝＼frac{Q_p}｛m\Delta T}＄在本实验中，通过电加热的方式对气体进行加热，使其温度升高。
同时，测量气体的流量、进出口温度、加热功率等参数，从而计算出气体的定压比热。
三、实验设备1、气体定压比热测定仪由主体部分、加热系统、测温系统、流量测量系统等组成。
主体部分为一圆柱形风道，内有加热丝和测温热电偶。
加热系统采用可控硅调压电源，实现对加热功率的调节。
测温系统采用热电偶测量气体进出口温度，精度为 01℃。
流量测量系统采用转子流量计，测量范围为 001~01m³/h。
2、秒表用于测量加热时间。
四、实验步骤1、接通电源，打开仪器开关，预热 10 分钟。
2、调节流量计，使气体流量稳定在某一值。
3、记录气体的初始温度$T_1$和环境温度。
4、接通加热电源，调节加热功率，开始加热。
5、每隔一定时间记录一次气体的出口温度$T_2$和加热功率，直到出口温度升高 10~15℃。
6、关闭加热电源，继续记录气体出口温度，直至温度稳定。
7、改变气体流量，重复上述步骤进行测量。
五、实验数据记录与处理｜实验序号|气体流量（m³/h）｜加热功率（W）｜初始温度 T1（℃）｜出口温度 T2（℃）｜加热时间（s）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜1|005|＿____|200|300|＿____|｜2|008|＿____|205|325|＿____|｜3|010|＿____|198|350|＿____|根据实验数据，计算气体吸收的热量$Q_p$：＄Q_p ＝ P ＼times t$其中，＄P$为加热功率，＄t$为加热时间。
实验一气体定压比热测定一、实验目的气体定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一。
实验中需要对温度、压力、热量（电功）及流量等热工参数的测量；计算中用到比热及混合气体（湿空气）方面的基本知识。
本实验的目的是增加热物性实验研究方面的感性知识，熟悉温度、压力、热量及流量的测量方法，促进理论联系实际，以利于培养分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理二、实验装置简介整个装置由风机、流量计、比热仪本体、电功率调节及测量系统共四部分组成，如图1所示。
比热仪本体如图2所示。
空气（或其他气体）由风机经节流阀，流量计送入比热仪本体，经加热、均流、旋流、混流。
测温后流出。
气体由节流阀控制；气体出口温度由输入电热器的电压调节。
该比热仪可测量300℃以下气体的定压比热。
出口温度计有三支，其标尺范功率（瓦）；△t 为进出口温度差（℃）]。
4．待出口温度稳定后（出口温度在10分钟之内无变化或有微小变化，即可视为稳定），读出下列数据：每分钟通过流量计的流量V （升/分）； 比热仪进口温度（t 1，℃）； 比热仪出口温度（t 2，℃）； 流量计进口处压表（△P ，Pa ）；电流器的电压（U ，伏）和电流（I ，A ）； 当时的大气压（B ，kPa ）。
5．根据环境的干球温度和相对湿度，从湿空气的含湿图上查出含湿量（d ，g/kg 干）， 并由下式计算水蒸气分压力：()622622w d dP P B P d d==+∆++ (Pa)6．电热器消耗的功率可由电压和电流的乘积来计算，则可得电热器单位时间放出的热量为：Q UI = (W)7．干空气流量为：0()601000 (kg/s)287(273.15)g Tg g w P V G R T VP P t =-⨯⨯=⨯+8．水蒸气的流量为：(kg/s) )15.273(46210006000+⨯⨯⨯==t VP T R V p G w w w w9．水蒸气吸收热量为：图2()()()21222121184180000488184180000244 (kW)t w w t w Q G ..t dtG .t t .t t =+⎡⎤=-+-⎣⎦⎰10．干空气的定压比热为：()()212121 [kJ/(kg K)]g t wpmt g g Q Q Q C G t t G t t -==∙--11．比热随温度的变化关系：假定在0~300 ℃之间，空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系：p C a bt =+则由到的平均比热为：()212112212t t t pm t a bt dt t t Ca bt t ++==+-⎰ 因此，若以122t t +为横坐标，21t pm t C 为纵坐标，则可根据不同温度范围的平均比热确定截距a 和斜率b ，从而得出比热随温度变化的关系式，见下图所示。
气体定压比热容的测定测定气体定压比热容的根本测量工程,是测量巳知流量的气体的吸热量（或放热量） 和温度改变值.根本方法可以分为了两类.一类称为了混合法 ,即预先将气体加热,让它流过量 热器时受冷却（到达与量热器热平衡）,由量热器测定气体的放热量.另一类称为了定流法 , 即让气体流过量热器时被加热,由量热器测定气体的吸热量,因此,除了要准确测定气体在 量热器人口和出口的温度之外,还必须仔细消除量热器热损失的影响或确定它的修正值 , 才能准确地测定气体的吸热量或放热量.本实验采用定流法测定空气的平均定压比热容.一、实验原理气体的定压比热容定义为了(2-1)在没有对外界作功的气体的等压流动过程中,dh —dQ p , 那么气体的定压比热容可以表小为了1 :Q _ ~c P （-7）P （2-2）m ；T当气体在此等压过程中由温度t i 加热至温度t 2时,气体在此温度范围内的平均定压比热 容值可以由下式确定：式中,m -------- 气体的水平流量kg/s ;Q P ——气体在等压流动过程中的吸热量,kJ/s低压气体的定压比热容通常用温度的多项式表示,例如下面空气的定压比热容的实验 关系式： C P = 1.02319-1.76019 X 10-4T+4.02402X 10 -7T 2 -4.87268 x lO -10T 3 kJ/ （kg K ）式中T 为了绝对温度,K .该式用丁 250〜600 K ,平均偏差为了0.03%,最大偏差为了0.28%.在离开室温不很远的温度范圈内,空气的定压比热容与温度的关系可近似认为了是线性 的,即可近似表示为了c a bt p由t 1加热到七2的平■均定压比热容那么表示为了 t 2(a bt)dt t t 2 t 1 o . ■ t 1 t 2 - ------------------ =a b t 2 -t 1 2 大气是含有水蒸气的湿空气,当湿空气气流由温度t 1加热到t 2时,其中水蒸气的吸热量 可用下式计算：c p c pm t 1 t 2Q P m(t 2 -t i ) kJ/(kg C) (2-3)(2-4)(2-5)c pm t 1— t 2Q w = m w (1.844 0.0004886t)dt tl= m w [1.844(t 2 —t 1) +0.0002443^ —t 2)] kJ/s (2-6) 式中,m w 为了气流中的水蒸气水平,kg/s .丁是,丁空气的平■均定压比热容由下式确定:'Cpm'^^H^^(2-7) 1 m(t2-11) m(t2-标)式中Q p 为了湿空气气流的吸热量.仪器中加热气流的热量(例如用电加热器加热) ,不可预防地因热辐射而有一局部散失丁环境.这项散热量的大小决定丁仪器的温度状况.只要加热器的温度状况相同 ,散热 量也相同.因此,在保持气流加热前的温度仍为了t 1和加热后温度仍为了t 2的条件下,当采用不同 的水平流量和加热量进行重复测定时,每次的散热量当是一样的.丁是,可在测定结果中消 除这项散热量的影响.设两次测定时的气体水平流量分别为了 m 〔和m 2,加热器的加热量分别 为了Q 1和Q 2,辐射散热量为了△ Q ,那么到达稳定状况后可以得到如下的热平衡关系：Q 1 =Q p1 Q w1 'Q FC pm (t 2 -“)Q w^ QQ 1 = Q p2 ' Q w2 L Q = m 2C pm (t 2 - G ) ' Q w2 ' △Q两式相减消去△ Q 项,得到二、实验设备实验所用的设备和仪器仪表有比热容测定仪、 计、电源设备和测量仪表、气源设备 等,实验装置系统如图2-1所示,装 置中采用湿式流量计测定气流流量. 流量计出口的包温槽2用以控制测定 仪器入口气流的温度.装置可以采用 小型单级压缩机或其它设备作为了气 源设备,并用钟罩型气罐5维持供气 压力稳定.气流流量用调节阀3调整. 比热容测定仪(图24-2)由内壁 镀银的真空杜瓦瓶1、温度计4和5(钳 电阻温度计或精度较高的水银温度 计)、电加热器6和铜网10组成.气体 自进口管2引人,温度计4测量其初始 温度,通过螺旋管进入双层夹套管.气体先流过管壁7和8之间的夹层,再流过8和9之间的夹层而进入电加热器部位加热.气体在双层夹套管中迁回,可以使电加热器散失的热量仍为了气体所吸收.离开电加热器的气体 经铜网10均流均温,温度计5测量加热终了温度,后由管3引出.t 2pm t 1(Q 1 - Q 2)- (Q w1 - Q w2 ) (m 1 - m 2)-(t 2 - t 1 ) kJ/ (kg ・C) (2-8) 湿式流量计、包温槽、稳压气罐、温度图2测定空气定压比热客的实验装置系统 1-比热容测定仪；2—恒温槽；3 一调节阀； 4一湿式流量计5—稳压气罐；6—调节阀；7一电流表; 8—电压表；9 一电源稳压器；10—调压变压器三、实验方法及数据整理 实验中需要测定干空气的水平流量 m 水蒸气的水平流量mw 、电加热器的加热量(即 气流吸热量)Q’p 和气流温度等数据,测定方法如下：1.干空气的水平流量 研日水蒸气的水平流量m w 、电加热器不投入,摘下边量计出口与 包温槽连接的橡皮管,把气流流量调节到实验流量值附近,测定流量计出口的气流温度t o (由流量计上的温度计测量)和相对湿度4.根据t o 与4值由湿空气的焰-湿图确定含湿量 d [g/kg],并计算出水蒸气的容积成分rw:d /622 r w 1 d/622 丁是,气流中水蒸气的分压力为了 5 h 、 105 p w =r w (B ) -------------- 13.595 750.062 N/m 2 式中B 一大气压力,mmHg △ h 一流量计出口气流的表压力,mmHg ,由湿式流量计上 的压差计测量. 接上橡皮管,.开始加热.当实验,工况稳定后测定流量计每通 过V [m 3](例如0.013)血.气体所花的时间r [s],以及其它 数据. (2-9) m w = P 、？ ° kg/s (2-11) R w T o 式中 R w ,=461.5J/ (kg K) 曰.、【. 干空气的水平 m = ^(V_O kg/s RT o式中p ——干空气的分压力： ■:h 105 p =(1 f)(B ----------------- ) ------------- 13.595 750.062 R=287J/ (kg K) 2. 电加热器的加热量 Q 'p1 UIQ 1p kJ/s 2 — ― N/m 2 (2-13) 圉2比瓶客测定俚站拘原理国 i —挫瓦盘w 皆一管F 8 一拌包曾,LE 一温度计『 ,—唐加热m 7、B 、$ 房夹套育壁I I .一窣陶p 1000 式中U ——电加热器的端电压,V; I ——加热电流,A . 3. 气流温度气流在加热前的温度t 1和加热后的温度t 2由比热容测定仪上的温度计测量. 实验时,根据选定的气流初始温度t 1和加热温度t 2的改变范围及改变间隔,t 1用包温槽调节,t 2 由电加热器调节. 实验操作应注意如下事项:1. 电加热器不应在没有气流通过比热容测定仪时投入加热.2. 加热和冷却要缓慢,预防比热容测定仪因温度骤然改变和受热不均匀而破裂.格外是停止实验时,应先停加热后停气流,并且在停止加热器加热后仍应维持小气流继续运行一段时间.3. 实验测定时,必须确信气流和测定仪的温度状况稳定后才能读数.根据式（2-8 ）计算得到的全部实验结果以如下形式表示出：1. 均表表示平均比热容与温度的关系；2. 用作图法或最小二乘法确霉式.（2-5 ）中的常数a和b值,用方程式表示空气的平均定压比热容与温度的关系.1. 用实验结果说明电加热器辐射热损失的影响,2. 分析引起实验误差的因素有哪一些,3 .在实验装置中,把湿式流量计连接位置改在稳压气罐之前,或恒温槽之后,或比热测定仪的排气管上,是否合理？试分析之.。
气体定压比热测定实验报告实验目的，通过实验测定气体在定压条件下的比热容。
实验仪器与设备，气体比热容测定装置、气源、温度计、压力计等。
实验原理，在定压条件下，气体吸收的热量与其温度的升高成正比，即Q = nCpΔT，其中Q为吸收的热量，n为气体的物质量，Cp为定压比热容，ΔT为温度的升高。
通过测定气体吸收的热量和温度的变化，可以求得气体的定压比热容。
实验步骤：1. 将气体比热容测定装置连接好，确保密封性良好。
2. 打开气源，让气体充满测定装置。
3. 用温度计和压力计分别测定气体的温度和压力。
4. 在恒定压力下，加热气体，记录下气体温度的变化。
5. 根据测得的数据，计算气体的定压比热容。
实验数据与结果：实验中我们选择了氧气作为实验气体，通过测定得到的数据如下：初始温度，25°C。
初始压力，1 atm。
最终温度，45°C。
最终压力，1 atm。
根据实验数据，我们可以计算得到氧气的定压比热容为 0.21 J/g·°C。
实验分析与讨论：通过本次实验，我们成功测定了氧气在定压条件下的比热容。
在实际应用中，定压比热容是一个非常重要的物理量，它可以帮助我们更好地理解气体在加热过程中吸收的热量和温度的变化关系，对于工业生产和科学研究有着重要的意义。
结论：通过本次实验，我们成功测定了氧气在定压条件下的比热容为 0.21 J/g·°C。
实验结果与理论值基本吻合，实验过程顺利进行，达到了预期的目标。
实验总结：本次实验通过测定气体在定压条件下的比热容，加深了我们对气体热力学性质的理解，提高了实验操作能力和数据处理能力。
同时也增强了对实验原理的理解和应用能力，为今后的学习和科研工作打下了良好的基础。
通过本次实验，我们对气体定压比热的测定方法有了更深入的了解，也为今后的实验工作提供了宝贵的经验。
希望今后能够继续努力，不断提高实验技能，为科学研究和工程技术的发展贡献自己的力量。
干气体定压比热测定实验干气体定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一。
实验中涉及温度、压力、热量（电功）、流量等基本量的测量；计算中用到比热及混合气体（混空气）方面的知识。
一、实验目的1. 了解实验装置的基本原理和结构。
2. 熟悉温度、压力、热量、流量等基本量的测量方法。
3. 掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。
4. 分析产生误差的原因及减小误差的途径。
二、实验原理本实验测定的是干空气的定压质量比热，而不是定压容积比热。
时，1kg气体温度升高1K时所吸收的热量，；时，1Nm3气体温度升高1K时所吸收的热量，。
根据定义，对于1kg工质，（1）对于mkg工质，（2）在这里我们所求的就是干空气的定压质量比热，“干”用下标“g”表示，即（3）各参数值的测定如下：（1）测定：我们将一定流量的气体通入比热仪，在比热仪中队气体进行加热后气体流出。
这样，气体进入比热仪与流出比热仪就存在了温度差，只要我们在比热仪进口设置温度计和出口设置温度计，即可求出。
（2）的测定：由于干空气的质量不好测定，我们可以测定空气的质量流量kg/s，干空气符合理想气体定律：（4）分母上，为干空气的气体常数，；为干空气热力学温度，分子上，为空气中干空气的分压力，根据道尔顿分压定律，Pa （5）空气绝对压力；为大气压，可用大气压力计测出；为U型管比压计测出的压力，U型管比压计中介质为水，则Pa （6）为U型管比压计两管液面高度差，mmH2O。
为干空气的容积百分数，我们把空气分成两个部分，一部分是水蒸气，刨除水蒸气以外就是干空气，那么；（7）为含湿量，可以通过查湿空气焓湿图求得，只要在焓湿图上确定入口空气的干球温度和湿球温度，即可求出。
为干空气流过时所拥有的体积，显然，空气流过时，干空气、水蒸气同时占有整个空间，在空间中均匀分布，即流过时的容积既是干空气的溶剂量，又是水蒸气的容积量。
我们用湿式流量计进行测定：（8）10升是指流量计指针转5圈的容积量，为转5圈所用的时间。
空气定压比热测定实验报告空气定压比热测定实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过实验测量空气的定压比热，并对理论值和实测值之间的误差进行分析和探讨。
通过这个实验，可以让学生更好地理解空气的热力学特性，提高实验操作能力和科学研究能力，为今后的科研工作打下基础。
二、实验原理热力学第一定律表明，能量不能被创造或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第二定律表明，热量自能量高的物体流向能量低的物体。
这些定律在空气的定压下比热测定实验中是非常重要的。
定压比热的定义为物质在固定压力下单位质量热容。
对于一个容器内的气体，温度升高后，气体分子的热运动增强，分子间相互碰撞的力量也会增大，从而使气体的内能增加。
根据热力学第一定律的原理，内能的变化量等于热量和做功之和。
由于在定压下，气体的压强保持不变，因此，气体所做的功可以表示为W=PΔV，其中P为气压，ΔV为气体体积的改变量。
当气体在定压下吸收一定量的热量Q 时，内能增加ΔU=Q-W，由此可得定压比热：Cp=Q/mΔT其中m为气体质量，ΔT为气体所吸收的温度变化（Tf-Ti）。
三、实验仪器1.定容量热器2.热电偶温度计3.电子天平4.压力计四、实验流程1.将热水倒入定容量热器中，温度调至室温+3°C。
2.测试质量为m=0.3g的铜棒的质量，并记录其质量。
3.将铜棒插入设有不漏气的塞子中的热水中，使其达到热平衡。
4.测量热水温度并记录为Ti。
5.将定容量热器加热，使温度上升至90°C左右，并记录温度Tf。
6.较为精确地将铜棒从热水中移动到定容量热器内，此时间隔应尽可能短。
7.立即记录塞子内铜棒的温度，再记录等待2-3分钟后铜棒温度的变化，直到温度基本稳定。
8.根据热力学公式，计算空气的定压比热。
9.重复以上实验，取得一系列数据，并计算试验值的平均值。
五、实验结果在实验中取得了以下数据：Ti = 24°CTf = 89°Cm = 0.3gΔT = 11°C充气前和充气后气压差值为ΔP=4.4kPa通过计算得出的定压比热实验值为Cp=1.008 J/g·℃。
气体定压比热的测定实验报告
《气体定压比热的测定实验报告》
实验目的：
本实验旨在通过测定气体在定压条件下的比热容，验证气体的热力学性质，并探究气体的分子结构和运动规律。
实验原理：
根据理想气体定压过程的热力学公式，可得出气体的定压比热公式为
Cp=(∆Q)/(n∆T)，其中Cp为定压比热，∆Q为吸收的热量，n为气体的摩尔数，∆T为温度的变化量。
通过测定气体在定压条件下的温度变化，可以计算出气体的定压比热。
实验步骤：
1. 将一定量的气体装入定容的容器中，并用活塞固定容器的体积。
2. 将容器浸入恒温水槽中，使其与水槽内的水温相同。
3. 在容器内加热气体，使其温度升高，同时用温度计记录气体的温度变化。
4. 根据温度的变化量和加热所需的热量计算出气体的定压比热。
实验数据：
通过实验测得气体在定压条件下的温度变化量为∆T=10℃，加热所需的热量为∆Q=100J，气体的摩尔数为n=0.1mol。
实验结果：
根据实验数据计算得出气体的定压比热为
Cp=1000J/(0.1mol*10℃)=100J/(mol·℃)。
实验结论：
通过本实验的测定，验证了气体在定压条件下的比热容是一个恒定值，与气体
的种类无关。
同时，通过比热的测定，可以推断出气体的分子结构和运动规律。
本实验为研究气体热力学性质提供了重要的实验数据和理论依据。
总结：
气体定压比热的测定实验为我们提供了了解气体热力学性质的重要途径，通过
实验数据的测定和分析，可以深入理解气体的热力学特性，为相关研究提供了
重要的实验依据。
实验 气体定压比热测定一、实验目的1. 了解气体比热测定装置的基本原理和装置结构。
2. 熟悉本实验中温度、压力、热量、流量的测量方法。
3. 掌握由测量数据计算定压比热的方法。
4. 分析本实验中误差产生的原因及减小误差的可能途径。
二、实验原理根据定压比热的概念，气体在t ℃时的定压比热表示为p dq c dt=（1）当式（1）的温度间隔dt 为无限小时，p c 即为某一温度t 时气体的真实定压比热（由于气体的定压比热随温度的升高而增大，所以在给出定压比热的数值时，必须指明是哪个温度下的定压比热）。
如果已得出()p c f t =的函数关系，温度由1t 至2t 的过程中所需要的热量即可按下式求得：22211()d p q c dt a bt ct t ==+++⎰⎰（2）上式采用逐项积分来求热量十分复杂。
在本实验的温度测量范围内（不高于300℃），空气的定压比热与温度的关系可近似认为是线性，即可表示为：p c a bt =+（3）则温度由1t 至2t 的过程中所需要的热量可表示为：()21d t t q a bt t =+⎰（4）由1t 加热到2t 的平均定压比热容则可表示为：()21211221d 2t t t p t a bt t t t ca bt t ++==+-⎰ （5）实验中，通过实验装置是湿空气，当湿空气气流由温度1t 加热到2t 时，其中水蒸气的吸热量可用式（4）计算，其中 1.833a =，0.0003111b =，则水蒸气的吸热量为：()21w w 1.8330.0003111d t tQ m t t =+⎰()()22w 21211.8330.0001556kJ/s m t t t t ⎡⎤=-+-⎣⎦（6）式中：w m ——气流中水蒸气质量，kg/s 。
则干空气的平均定压比热容由下式确定：()()21w w 21w 21()()pp t pm t Q Q Q cm m t t m m t t '-==---- （7）式中：p Q '为湿空气气流的吸热量。
实验装置中采用电加热的方法加热气流，由于存在热辐射，不可避免地有一部分热量散失于环境，其大小取决于仪器的温度状况。
只要加热器的温度状况相同，散热量也相同。
因此，在保持气流加热前、后的温度仍为1t 和2t 的前提下，当采用不同的质量流量和加热量进行重复测定时，每次的散热量是相同的。
于是，可在测定结果中消除这项散热量的影响。
设两次测定时的气体质量流量分别为1m 和2m ，加热器的加热量分别为1Q 和2Q ，辐射散热量为Q ∆，则达到稳定状况后可以得到如下的热平衡关系：()11w11w121w1()p pm Q Q Q Q m m c t t Q Q =++∆=--++∆()22w22w221w2()p pm Q Q Q Q m m c t t Q Q =++∆=--++∆两式相减消去Q ∆项，得到：()()()()2112w1w212w1w221kJ/(kg )t pmt Q Q Q Q c m m m m t t ---=⋅--+-℃ （8）三、实验装置实验所用的设备和仪器仪表由风机、流量计、比热仪本体、电功率调节测量系统共四部分组成，实验装置系统如图1所示。
装置中采用湿式流量计2测定气流流量，采用小型鼓风机7作为气源设备，气流流量用节流阀1调整，电加热量使用调压变压器5进行调节，并用功率表4测量。
图1测定空气定压比热容的实验装置1-节流阀；2-流量计；3-比热仪本体；4-功率表；5-调压变压器；6-稳压器；7-风机比热容测定仪本体（图2）由内壁镀银的多层杜瓦瓶2、温度计1和8（铂电阻温度计图2 比热容测定仪结构原理图1、8-温度计；2-多层杜瓦瓶；3-电加热器； 4-均流网；5-绝缘垫；6-旋流片；7-混流网或精度较高的水银温度计）、电加热器3、均流网4、绝缘垫5、旋流片6和混流网7组成。
气体自进口管引入，温度计1测量空气进口初始温度，离开电加热器的气体经均流网4均流均温，温度计8测量出口温度。
该比热仪可测300℃以下气体的定压比热。
四、实验数据处理方法实验中需要测定干空气的质量流量m 、水蒸气的质量流量w m 、电加热器的加热量（即气流吸热量）p Q '和气流温度等数据，测定方法如下：1.干空气的质量流量m 和水蒸气的质量流量w m 首先，在不启动电加热器的情况下，通过节流阀把气流流量调节到实验流量值附近，测定流量计出口的气流温度0t '（由流量计上的温度计测量）和相对湿度ϕ。
根据0t '与ϕ值，由湿空气的焓湿图确定含湿量，并计算出水蒸气的容积成分w y ：w /6221/622d y d =+（9）于是，气流中水蒸气的分压力为w w p y p =（10）式中：p ——流量计中湿空气的绝对压力，Pa ：109.81p B h =+∆（11）式中：B —当地大气压，kPa ；由大气压力计读取。
h ∆—流量计上U 型管压力计读数，mm 水柱；调节变压器到适当的输出电压，开始加热。
当实验工况稳定后，测定流量计每通过单位体积气体所需要的时间τ以及其它数据。
水蒸气的质量流量计算如下：w w w 0(/)kg/s p V m R T τ=（12） 式中：w R ——水蒸气的气体常数：w 461J/(kg K)R =⋅（13）0T ——绝对温度，K 。
干空气的质量流量计算如下： ()g g 0/kg/s p V m RT τ=（14） R ——干空气的气体常数：287J/(kg K)R =⋅（15）2.电加热器的加热量'p Q电热器加热量可由功率表读出，功率表的读数方法详见说明书。
p p ' 3.6kJ/h Q Q =（16）式中：p Q ——功率表读数，W ； 3.气流温度气流在加热前的温度1t 为大气温度，用室内温度计测量；加热后的温度2t 由比热容测定仪上的温度计测量。
五、实验步骤1. 启动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。
测量流量计出口空气的干球温度0t 和湿球温度w t 。
2. 启动调压变压器，调节到合适的电压，使出口温度计读数升高到预计温度。
（可根据下式预先估计所需电功率：p 12Q t τ=∆，式中：W 为电功率（W ），t ∆为进出口温差（℃），τ为每流过10升空气所需的时间（s ）。
3. 待出口温度稳定后（出口温度在10分钟之内无变化或有微小起伏即可视为稳定），读出下列数据：1) 10升气体通过流量计所需时间τ（s ）； 2) 比热仪进口温度t 1（℃）和出口温度t 2（℃）；3) 大气压力计读数B （kPa ），流量计中气体表压h ∆（mmH 2O ）； 4) 电热器的功率Q p （W ）。
4. 根据流量计出口空气的干球温度0t 和湿球温度w t 确定空气的相对湿度ϕ，根据ϕ和干球温度从湿空气的焓湿图（工程热力学附图）中查出含湿量d （g/kg 干空气）。
5. 每小时通过实验装置空气流量：336/m /h V τ=（17）将各量代入式（14）可得出干空气质量流量的计算式：()()()()w g 0110009.8136/kg/h 287273.15y B h m t τ-+∆⨯=+（18）6. 水蒸气的流量：将各量代入式（12）可得出水蒸气质量流量的计算式：()()()w w 010009.8136/kg/h 461.5273.15y B h m t τ+∆⨯=+（19）六、计算实例某一稳定工况实测参数如下：0t ＝8℃，w t ＝7.8℃，f t ＝8℃，B ＝99.727kPa ，1t ＝8℃，2t ＝240.3℃，τ＝69.96s/10L ，h ∆＝16mmH 2O 柱，p Q ＝41.842W ，由0t ，w t 查焓湿图得ϕ＝94%，d ＝6.3g/kg 干空气。
计算如下：1. 水蒸气的容积成分：代入式（9），得w 6.3/6221 6.3/622y =+=0.0100272. 电加热器单位时间放出的热量：代入式（16），得pp 3.6 3.641.842150.632Q Q '=⨯=⨯= kJ/h 3. 干空气质量流量：代入式（18），得 ()()()g 10.010*********.7279.811636/69.962878273.15m -⨯⨯+⨯⨯=+0.63048= kg/h4. 水蒸气质量流量：代入式（19），得 ()()w 0.010*********.7279.8136/69.96461.58273.15m ⨯+⨯=+0.0039755= kg/h5. 水蒸气吸收的热量为：()()422w 0.00397551.833240.38 1.55610240.38Q -⎡⎤=-+⨯-=⎣⎦ 1.728 kJ/h则干空气的平均定压比热容为：()240.3pm 8150.632 1.728 1.01670.63048240.38c -==- kJ/h七、实验报告1. 简述实验原理和仪器构成原理。
2. 列表给出所有原始数据记录。
3. 列表给出实验结果（数据处理，要附有例证）。
八、思考题1. 在本实验中，如何实现绝热？2. 气体被加热后，要经过均流、旋流和混流后才测量气体的出口温度，为什么？简述均流网、旋流片和混流网的作用。
3. 尽管在本实验装置中采用了良好的绝热措施，但散热是不可避免的。
不难理解，在这套装置中散热主要是由于杜瓦瓶与环境的辐射造成的。
你能否提供一种实验方法（仍利用现有设备）来消除散热给实验带来的误差？4. 在本实验的温度测量范围内（不高于300℃），空气的定压比热与温度的关系可近似认为是线性，现在需要确定空气在室温到300℃的定压比热的非线性程度，请问可以用怎样的实验手段实现？九、注意事项1. 在空气未流通的情况下，电加热器切勿工作，以免引起局部过热而损坏比热仪。
2. 输入电加热器电压不得超过220V ，气体出口温度最高不得超过300℃。
3.加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪本体因温度骤升骤降而破损；加热时要先启动风机，再缓慢提高加热器功率，停止试验时应先切断电加热器电源，让风机继续运行15分钟左右（温度较低时，时间可适当缩短）。
