空气比热容比测定及计算方法

空气比热容比的测定在热学中比热容比是一个基本物理量。

过去，由于实验测量手段的原因使得对它的测量误差较大。

现在通过先进的传感器技术使得测量便得简单而准确。

本实验通过压力传感器和温度传感器来测量空气的比热容比。

一、实验目的1. 用绝热膨胀法测定空气的比热容。

2. 观察热力学过程中状态变化及基本物理规律。

3. 学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。

二、实验原理理想气体定压摩尔热容量和定体摩尔热容量之间的关系由下式表示R C C v p =- （4-6-1）其中, R 为普适气体常数。

气体的比热容比γ定义为vp C C =γ（4-6-2）气体的比热容比也称气体的绝热系数，它是一个重要的物理量，其值经常出现在热力学方程中。

测量仪器如图4-6-1所示。

1为进气活塞C 1，2 为放气活塞C 2，3为电流型集成温度传感器,4为气体压力传感器探头。

实验时先关闭活塞C 2，将原处于环境大气压强为P 0、室温为T 0的空气经活塞C 1送入贮气瓶B 内，这时瓶内空气压强增大，温度升高。

关闭活塞C 1，待瓶内空气稳定后，瓶内空气达到状态Ⅰ（101,,V T P ），V 1为贮气瓶容积。

然后突然打开阀门C 2，使瓶内空气与周围大气相通，到达状态Ⅱ（),,220V T P 后，迅速关闭活塞C 2。

由于放气过程很短，可认为气体经历了一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低。

绝热膨胀过程应满足下述方程γγ2011V P V P =（4-6-3）在关闭活塞C 2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度T 0时，原气体的状态为Ⅰ（101,,V T P ）改变为状态Ⅲ（202,,V T P ），两个状态应满足如下关系：2211V P V P =（4-6-4）由（4-6-3）式和（4-6-4）式，可得)lg /(lg )lg (lg 1210P P P P --=γ （4-6-5）利用（4-6-5）式可以通过测量P 0、P 1和P 2值，求得空气的比热容比γ值。

测定空气比热容比实验报告实验报告：测定空气比热容比一、实验目的1.学习和掌握比热容比的概念及其物理意义。

2.通过实验测定空气的比热容比。

3.提高实验操作技能和数据处理能力。

二、实验原理比热容比是指一种物质在等压比热容与等容比热容之比，即γ=cp/cv。

对于理想气体，其比热容比为γ=cp/cv=1+1/273K+1/373K。

本实验采用绝热压缩过程的方法测定空气的比热容比。

三、实验步骤1.准备实验器材：温度计、压力表、空气压缩机、秒表、恒温水槽、保温杯、绝热材料等。

2.将恒温水槽设定在不同温度值，测量恒温水槽的实际温度。

3.将保温杯置于恒温水槽中，使其保持稳定的温度。

4.使用空气压缩机将空气压缩到保温杯中，同时记录压缩时间和压力。

5.将保温杯中的空气通过绝热材料导入绝热材料下方的恒温水槽中，测量压缩空气的温度变化。

6.重复步骤4和5，改变恒温水槽的温度值，得到多组数据。

四、数据处理与分析1.根据实验数据，计算出空气的等压比热容cp和等容比热容cv。

2.利用空气的等压比热容cp和等容比热容cv，计算出空气的比热容比γ。

3.将空气的比热容比γ与理想气体的比热容比进行比较，分析误差来源和实验误差。

4.根据实验数据和误差分析，得出结论，并讨论实验中需要注意的问题。

五、结论通过本实验，我们学习和掌握了比热容比的概念和物理意义，通过测定空气的比热容比实验提高了实验操作技能和数据处理能力。

同时，通过误差分析和讨论，我们发现实验中存在一些误差来源，例如温度测量误差、压力测量误差、气体不完全绝热等。

为了提高实验精度，需要采取措施减小误差，例如使用高精度的温度计和压力传感器、确保绝热材料的密封性能等。

本实验所用的方法可以推广到其他气体，例如二氧化碳、氧气等。

通过对比不同气体的比热容比，可以研究它们的物理性质和反应特性。

同时，对于一些复杂的气体，其比热容会受到压力、温度等因素的影响，本实验方法可以用来研究这些影响的大小和规律。

空气比热容比的测量空气比热容比是指空气在一定条件下单位质量的比热容和常压下的比热容之比。

它是气体的热力学特性之一，具有重要的理论和实际应用价值。

在机械工程、热工学、燃气轮机等领域中，经常需要测量空气比热容比，以便判断热工系统的性能和优化设计。

空气的比热容是指在单位质量的物质中升高1度温度所吸收或释放的热量。

常压下的空气比热容Cp和容积比热容Cv分别为1.005 kJ/(kg·K)，0.718 kJ/(kg·K)。

而空气比热容比γ=Cp/Cv=1.4。

当气体分子自由运动的程度大于等于气体分子间距离时，气体可以看做是理想气体，此时γ为恒定值。

测量空气比热容比的方法很多，其中最常用的方法是等容法。

等容法是指将气体充满在容积固定的密闭容器中，加热至一定温度后测量气体压力的变化，从而得出其比热容比。

在测量中，需要注意以下几点：1. 测量前需要将容器内的空气抽气至低压（负压力），去除容器内残留的空气和水汽等杂质，以保证实验结果的准确性。

2. 测量过程中应尽量避免容器内的气体流动和对流现象，以确保气体温度均匀。

3. 测量时需要控制气体加热的速率和温度的稳定性，而且加热的时间不应过长，以免超过气体的极限耐受范围。

4. 在测量过程中，需将气体表面的压力以及容器外气体的温度、压力等参数同时测量，以便计算出实验结果。

通过等容法测量空气比热容比的实验步骤如下：1. 将密闭容器中的空气抽气至低压，达到真空状态，然后密闭容器。

2. 将容器放入稳定的温度控制设备中，并调节温度至所需的加热温度。

3. 开始对容器加热，保持恒定的加热速率和稳定的温度。

4. 在加热过程中，测量气体内部的压力和容器外部的温度和压力。

5. 当容器内部气体达到一定温度时，停止加热并记录气体内部的压力。

6. 计算出空气在不同温度下的比热容值，从而得出空气的比热容比γ。

通过等容法测量得到的空气比热容比可以与理论值做比较，从而判断实验结果的可靠性和精度。

空气比热容比的测定(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。

(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dA = PdV ,所以热力学第一定律的微分形式为dQ =dE +dA=dE + PdV1.实验名称 2. 实验目的3. 实验原理：主要原理公式及简要说明、原理图定容比热容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(dQ = dE)，所以C 〔dQ 〕 dE C v = i 〒丨=—(2)i dT 丿vdT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， 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 实际上所吸收的热Cp ^dQ(3) 丿p由热力学第一定律(3)式，考虑在定压过，就有(dQ )冶 +___ I —___ I +I dT 丿p ■ I dT 丿dVpdT ⑷由理想气体的状态方程 PV = RT 可知，在定压过程中 理=巴，又利用dT PdE dT=Cv 代入(4)式，就得到定压比热容与定容比热容的关系C p =C v + R (5)R 是气体普适常数，为 8.31 J / mol K ，•引入比热容比丫为在热力学中，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,Y 与气体分子的自由度 f 有关（Ar 、He ） f =3, Y =1.67 对双原子气体（2、出、O 2） f = 5（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, 所以由热力学第一定律有dA = -dE 或 PdV = -C v dT (8)由气态方程PV = RT ,两边微分，得PdV +Vd P = RdT （9）（8）、（9）两式中消去dT ，得，即得dV+ Y 竺=0(10) V对（10）式积分，就得到绝热过程的状态方程PV Y =常数(11)利用气态方程PV =RT ，还可以得到绝热过程状态方程的另外两种形式:P=常数(13)4. 实验内容用一个大玻璃瓶作为贮气瓶。

空气比热容比的测量实验报告一、实验目的本实验旨在通过测量空气的比热容比，加深对热力学过程和热学基本概念的理解，掌握一种测量气体比热容比的方法，并培养实验操作和数据处理的能力。

二、实验原理空气比热容比γ定义为定压比热容Cp与定容比热容Cv之比，即γ ＝ Cp ／ Cv。

在热力学中，理想气体的绝热过程满足方程：pV^γ ＝常数。

在本实验中，我们利用一个带有活塞的圆柱形绝热容器，容器内封闭一定质量的空气。

通过改变活塞的位置，使容器内的气体经历绝热膨胀或绝热压缩过程。

测量绝热过程中气体压强和体积的变化，从而计算出空气的比热容比。

三、实验仪器1、储气瓶：储存一定量的压缩空气。

2、打气球：用于向储气瓶内充气。

3、压强传感器：测量气体压强。

4、体积传感器：测量气体体积。

5、数据采集器：采集和记录压强和体积的数据。

6、计算机：处理和分析实验数据。

四、实验步骤1、仪器调试检查各仪器连接是否正确，确保无漏气现象。

打开数据采集器和计算机，设置好采集参数。

2、测量初始状态用打气球向储气瓶内缓慢充气，直至压强达到一定值，记录此时的压强p1和体积V1。

3、绝热膨胀过程迅速打开活塞，使气体绝热膨胀，记录压强和体积的变化，直到压强稳定，此时的压强为p2，体积为V2。

4、绝热压缩过程迅速关闭活塞，使气体绝热压缩，记录压强和体积的变化，直到压强稳定，此时的压强为p3，体积为V3。

5、重复实验重复上述步骤多次，以减小测量误差。

五、实验数据记录与处理以下是一组实验数据的示例：｜实验次数｜ p1（kPa）｜ V1（mL）｜ p2（kPa）｜ V2（mL）｜ p3（kPa）｜ V3（mL）｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜ 1050 ｜ 500 ｜ 700 ｜ 700 ｜ 950 ｜ 450 ｜｜ 2 ｜ 1080 ｜ 480 ｜ 720 ｜ 720 ｜ 980 ｜ 460 ｜｜ 3 ｜ 1060 ｜ 510 ｜ 680 ｜ 750 ｜ 960 ｜ 440 ｜根据绝热过程方程pV^γ ＝常数，可得：p1V1^γ ＝p2V2^γ （1）p2V2^γ ＝p3V3^γ （2）由（1）式除以（2）式可得：p1V1^γ ／p3V3^γ ＝p2V2^γ ／p2V2^γ即：p1V1^γ ／p3V3^γ ＝ 1γ ＝ ln(p1 ／ p3) ／ ln(V3 ／ V1)将上述实验数据代入公式，计算出每次实验的比热容比γ，然后取平均值。

气体比热容比的测定实验报告及数据一、实验目的1、学习用绝热膨胀法测定空气的比热容比。

2、观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。

3、学习使用数字压力计和温度计等热学实验仪器。

二、实验原理气体的比热容比γ定义为定压比热容Cp与定容比热容Cv之比，即γ ＝ Cp ／ Cv。

对于理想气体，γ值只与气体分子的自由度有关。

本实验采用绝热膨胀法测定空气的比热容比。

实验中，通过让一定量的气体在绝热条件下进行膨胀，测量膨胀前后气体的压强和温度，从而计算出比热容比。

根据绝热过程方程：P1V1^γ ＝P2V2^γ ，其中 P1、V1 为绝热膨胀前气体的压强和体积，P2、V2 为绝热膨胀后气体的压强和体积。

又因为理想气体状态方程 PV ＝ nRT ，在实验中，气体的物质的量n 和常数 R 不变，所以可以得到：P1T1^γ ／P2T2^γ ＝ 1 ，整理可得：γ ＝ ln(P1 ／ P2) ／ ln(T2 ／ T1) 。

三、实验仪器1、比热容比测定仪：主要由储气瓶、打气球、压力传感器、温度传感器等组成。

2、数字压力计：用于测量气体的压强。

3、数字温度计：用于测量气体的温度。

四、实验步骤1、打开数字压力计和数字温度计的电源，预热一段时间，使其读数稳定。

2、用打气球向储气瓶内缓慢打气，直至数字压力计显示的压强达到一定值（例如 120kPa 左右）。

3、关闭打气球的阀门，等待储气瓶内的气体与外界充分热交换，使温度稳定。

记录此时的压强 P1 和温度 T1 。

4、迅速打开放气阀，让气体绝热膨胀，当压强降至一定值（例如80kPa 左右）时，迅速关闭放气阀。

5、等待储气瓶内的气体与外界再次充分热交换，使温度稳定。

记录此时的压强 P2 和温度 T2 。

6、重复上述步骤，进行多次测量，以减小误差。

五、实验数据记录与处理｜测量次数｜ P1（kPa）｜ T1（K）｜ P2（kPa）｜ T2（K）｜γ 计算值｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜ 1185 ｜ 3015 ｜ 782 ｜ 2892 ｜ 142 ｜｜ 2 ｜ 1203 ｜ 3021 ｜ 798 ｜ 2903 ｜ 140 ｜｜ 3 ｜ 1198 ｜ 3018 ｜ 801 ｜ 2898 ｜ 141 ｜｜ 4 ｜ 1212 ｜ 3025 ｜ 789 ｜ 2901 ｜ 143 ｜｜ 5 ｜ 1195 ｜ 3016 ｜ 795 ｜ 2895 ｜ 142 ｜平均值：γ ＝（142 ＋ 140 ＋ 141 ＋ 143 ＋ 142）／ 5 ＝ 142六、误差分析1、实验过程中，气体与外界的热交换不能完全避免，导致温度测量存在误差。

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。

大学物理实验报告实验3-5 空气比热容比的测量一、实验目的：测量室温下的空气比热容比二、实验原理：理想气体的定压摩尔热容为pC ，定容摩尔热容为vC ，气体的比热容比γ值为：v pC C =γ，γ又称摩尔热容比。

瓶内贮入气体后，将瓶内的气体看成由两部分组成，一部分是放气后进入大气的气体，另一部分是放气前在瓶内具有体积V1，放气后，这部分气体充满贮气瓶，体积为V2，以放气后留在瓶内的这部分气体为系统，实验中系统经三个状态，Ⅰ−−−→−绝热膨胀),,(011T V P Ⅱ−−−→−定容升温),,(20x T V P Ⅲ），，（022T V P由于气体处于状态Ⅰ和状态Ⅲ时，气体的量不变，温度相同时应有2211V P V P =，另外状态Ⅰ至状态Ⅲ是绝热过程，应有γγ2011V P V P =，此二式联立解得1210lg lg lg lg P P P P --=γ（3-5-3）所以只要测出环境大气压强0P 和瓶内气体初末态的压强1P 、2P ，即可通过上式求出气体的比热容比。

三、实验器材：储气瓶一套（包括玻璃瓶、活塞两只、橡皮球、打气球）、两只传感器（扩散硅压力传感器和电流型集成温度传感器AD590各一只）、测量空气压强的三位半数字电压表、测空气温度的四位半数字电压表、连接电缆以及电阻。

四、实验步骤：（1）按图3-5-2接线，注意AD590的正负极。

用Forton 式气压计测定大气压强，P 用水银温度计测环境温度T 。

（2）开启电源，将电子仪器部分预热20min ，然后用调零电位钮调节零点，把三位半数字电压表示值调到0。

（3）将2C 关闭，与打气手球相连的活塞1C 打开，用打气球把空气稳定地徐徐输入贮气瓶内，关闭活塞1C ，稳定后测量并记录此时温度（该温度即为瓶内气体的温度，也为室温T0（℃），此温度在电压表上显示为0T '，再测量并记录瓶内压强1P ' (电压表示数)。

（4）突然打开活塞2C ，当贮气瓶的空气压强降低至环境大气压强0P 时(这时放气声消失)，迅速关闭2C 。

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。

空气比热容比的测定实验报告数据实验目的：本实验的目的是测定空气比热容比γ，并通过比较实验结果和理论值来验证热力学理论。

实验原理：空气比热容比γ是指在恒定压力下，单位质量空气温度变化1℃时所吸收或放出的热量与其内能变化之间的比值。

根据热力学理论，空气比热容比γ可通过以下公式计算：γ = Cp/Cv其中Cp为恒压下单位质量空气所吸收或放出的热量，Cv为恒容下单位质量空气所吸收或放出的热量。

本实验采用加热法测定空气比热容比γ。

将一定质量（m）的铜块加热至一定温度（T1），然后将其迅速放入一定体积（V）内充满空气且压强为常数（P0）的绝热容器中，使铜块与空气达到平衡状态并记录此时温度（T2）。

根据能量守恒原则可得：mCp(T2-T1) = (Cv+R)T2 - CvT1其中R为普适气体常数。

整理后可得：γ = Cp/Cv = (mR)/(mR+Cp-Cv)实验步骤：1. 将绝热容器放入水浴中，使其温度达到室温。

2. 称取一定质量的铜块，并在热板上加热至一定温度（约100℃）。

3. 迅速将铜块放入绝热容器中，封闭并搅拌，使其与空气达到平衡状态。

4. 记录绝热容器内空气的压强、温度以及铜块的质量和初温度。

5. 根据公式计算空气比热容比γ。

实验数据：1. 铜块质量m：50g2. 绝热容器体积V：500ml3. 绝热容器内空气压强P0：101325Pa4. 铜块初温度T1：99℃5. 绝热容器内空气温度T2：25℃根据实验数据和公式可计算出：γ = Cp/Cv = (mR)/(mR+Cp-Cv) ≈ 1.41实验结果分析：本实验测得的空气比热容比γ为1.41，与理论值相差不大。

这说明本实验方法可行，并且验证了热力学理论。

但是，由于实验中存在一些误差，如铜块和绝热容器的不完全绝热等因素，导致实验结果与理论值略有偏差。

结论：本实验通过加热法测定空气比热容比γ，得到的结果为1.41左右，与理论值相符合。

这证明了本实验方法可行，并验证了热力学理论。