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空气比热容比的标准值与测量的误差

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可微调 ,使放气的压差迅速至 0 (迅速是与热量交换的用时相对比) 。 (3) 即使是作了上述种种努力后 ,在仪器的一切条件不变情况下 ,γ值的测量结果随
空气 (相对) 湿度而变 。且 B 大而γ小 ,从γ= 1. 34 →1. 40 都有 。 (4) 为了用干燥空气作实验 ,在进气通道中充以双原子 (γ≈1. 40) 的液态分析纯的浓
参考文献
[1 ] 福里斯 1 普通物理学[M]1 商务印书馆 ,1952 [2 ] 坂修一 1 物理学常用数表[M]1 科学出版社 ,1979
NORMAL IZED VAL UE OF AIR SPECIFIC HEAT CAPACITY
RATIO AND THE ERRORS IN MEASUREMENT
胡芳林
唐泉清
(合作民族师范高等专科学校 ,甘肃 ,747000) (西安理工大学 ,西安 ,710048)
摘 要 在绝热膨胀过程中 ,用电磁阀 、大口径管 (φ ≥4mm) 迅速放气和关闭 。对空气 的比热容比γ的标准值进行了详细的论证计算 1. 3990 <γ< 1. 4025 ,并对实测值的误差 进行了分析讨论 。 关键词 空气 ;定压比热容 ;定容比热容 ;比热容比 ;双原子分子 ;多原子分子 中图分类号 :0551 文献标识码 :A
第 20 卷 第 1 期 2007 年 3 月出版
大 学 物 理 实 验 PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE
文章编号 :1007 - 2934 (2007) 01 - 0012 - 03
Vol. 20 No. 1 Mar. 2007
空气比热容比的标准值与测量的误差
百分组成 j
∑i , j = 1
Ar :0. 93 Kr :0. 0001
1
Ne :0. 0018 Xe :0. 000008
份额 : pj ( %) ∑i , j = 100 %
0. 932432
百分份额 :pj/ 100 0. 00932432
He :0. 000524
N2 :78. 09
γ= 1. 40
2 关于γ值的实验测量
(1) 等温压缩过程 ,可以在压缩后停滞较长的时间 ,例如 20 分钟 ,使容器内的温度与
— 13 —
环境温度相等 。温度的测量精度为 0. 06 ℃。 (2) 差压传感器可从 19. 00 降至 0. 00 (mV —相对单位 ,约等于 1KPa) ;放气时间的长短
2
O2 :20. 95
99. 04005
0. 9904005
H2 :0. 00005
3
CO2 :0. 03
0. 03
0. 0003
(3) CP1 ,CV1 实际上就是关于压强与能量相关联的问题 。 由道尔顿分压定律及能量可叠加计算的原理可得出 : 干燥空气的 γA 为 :
γA
=
j
3
∑
=1
10pj0·γj
1 关于γ值随空气组成的计算
干燥空气中既含单原子分子 (惰性气体) 又含 CO2 多原子分子的γ计算 : (1) 由能量按自由度 (i) 均分的原理 ,气体的定压比热容 CP 与定容比热容 CV 之比 , 为[1]
γ=
Cp Cv
=
i
+2 i
(1)
表 1 自由度与 γ值
序 ( j)
气体分子的组成
i
3 今后的工作
(1) 用其它的干燥剂 ,置于入气管道口 ,即用干燥空气作γ的测定实验 。 (2) 对用户暂以γ= 1. 40 为标准值进行误差计算 :即是说即便是γ= 1. 333 ,其相对百
分误差ε。为ε=
1.
333 1.
- 1. 4040Leabharlann ×100%=
4.
8
%
(
<
5 %一般的热学实验要求) 符合实验要
— 14 —
求 ,而不能说是证明了空气主要不是双原子分子而是多原子分子组成 。因为我们已详尽
地计算出了空气的标准γ值 。
(3) 实验仪器很灵敏 ,开门 ,关门 ,人员在仪器附近的走动 ,对差压传感器都有反应 。 所以 ,欲求教学效果好建议将此实验安排在空气湿度较小的季节的上午进行 。因为上午 室温有缓慢的上升 ,使雾珠易于转化还原为水汽分子 ,温度 T 也容易回到放气前的 T 值 (在相同的 T 值下读压差值) 。
γj
1
单原子分子
3
5/ 3 = 1. 666667
2
双原子分子
5
7/ 5 = 1. 4
3
多原子分子
6
8/ 6 = 1. 333333
(2) 地表附近干燥空气的百分组成[2]及份额 ( pj) 如下 : (百分组成为份额 ( pj) ×100)
收稿日期 :2006 - 09 - 20
— 12 —
表 2 空气的百分组成及份额
盐酸 HCl 半瓶 ,虽然实验不很成功 ,大量的 HCl 分子被混入容器 ,腐蚀仪器 (但对人无毒 , 人胃里即有 HCl ,吸入少许也无所谓) ;但是却意外地观察到 :
绝热膨胀时 ,实验容器内 ,明显地生成绿凝雾 ,且消失较慢 (可是还尚未用其它干燥方 法进行实验) 。
(5) 所以 ,绝热膨胀时 ,水汽容易凝结成水雾珠 ,但尔后此雾珠却难以升华或蒸腾为水 汽分子 ,故实测的γ值偏小 。
=
1.
4025
j
=
1
,2
,3
(2)
空气中含水汽时 ,设空气的温度 T , 相对湿度 B 、压强 P 等环境条件已知 , 则水汽的
分压强 PW 及含量份额 pW ,即已知 ,因为由 T 可得饱和蒸汽压强值 PB [2]
∴PW = B ·PB
(3)
于是 :干燥空气的分压强 PA 即为
PA = P —PW
= 5035Pa 设 P = 1 ×105Pa , ∴PA = 94965Pa ∴PA = 0. 94965 , pW = 0. 05035
γ′= 0. 94965 ×1. 4025 + 0. 05035 ×1. 333333
= 1. 3990 ∴对于γ值 ,就成份计算 ,在 1. 3990 至 1. 4025 之间 可简记为 :空气的比热容比的标准值
(4)
∴pW
=
pW p
(5)
pA
=
pA p
(6)
水为 H2 O 多原子分子
γW = 8/ 6 = 1. 333333
(7)
由 (2) 式即得
γ′= pA·γA + pW·γW
(8)
即便是实验室温度高达 38 ℃, B 高达 100 %
PW = PB = 49. 69 乇 = 49. 69 ×101. 325 ( Pa/ 乇) ·乇
HuLinfang ( Hezuo Minority Nationality Teachers’College , Gansu ,74700)
Tang Quanqing (Xian University of Technology ,Xi’an ,710048) Abstract :The paper focuses on the calculation of theγ normalized value of air specific hear capacity ratio (1. 3990 < γ< 1. 4025) during the process of adiabatic expansion and deflation with magnetic valve and large diameter pipe (φ≥ 4mm) . The errors of measured value is also analysed and discussed. Key words :air ;specific heat capacity at constant pressure ;specific heat capacity at constant volume ;specific heat ca2 pacity ratio ;diatomic molecule ;polyatomic molecule

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空气比热容比测定实验报告

空气比热容比测定实验报告

空气比热容比测定实验报告篇一：空气比热容比测定实验报告007 实验报告评分：课程：******** 学期：*****指导老师: ****年级专业：***** 学号：******姓名：！习惯一个人007实验3-5空气比热容比的测定一、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、实验原理测量仪器如图4-6-1所示。

1为进气活塞C1，2 为放气活塞C2，3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C2，将原处于环境大气压强为P0、室温为T0的空气经活塞C1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C1，待瓶内空气稳定后，瓶内空气达到状态Ⅰ（P1,T0,V1），V1为贮气瓶容积。

然后突然打开阀门C2，使瓶内空气与周围大气相通，到达状态Ⅱ（P0,T2,V2)后，迅速关闭活塞C2。

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p1r?1rr?1rTo?poT1（3-5-2）在关闭活塞C2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度T0时，原气体的状态为Ⅰ（P1,T0,V1）改变为状态Ⅲ（P2,T0,V2），两个状态应满足如下关系：poT1?p2T0/ （3-5-4）利用（3-5-4）式可以通过测量P0、P1和P2值，求得空气的比热容比?值。

实验原理图1实验图2三、实验仪器NCD-I型空气比热容比测量仪由如下几个部分组成：贮气瓶（由玻璃瓶、进气活塞、橡皮塞组成）、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。

测空气压强的数字电压表用于测量超过环境气压的那部分压强，测量范围0~10000Pa，灵敏度为20mv/Kpa （表示1000Pa的压强变化将产生20mv 的电压变化，或者50Pa/mv，单位电压变化对应50Pa的压强变化）。

空气比热容比的测定

空气比热容比的测定

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。

空气比热容比的实验测量方法的比较探讨

空气比热容比的实验测量方法的比较探讨

第33卷第6期2020年12月大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGEVol.33 No.6Dec.2020文章编号.1007-2934（2020）06-0047-04空气比热容比的实验测量方法的比较探讨杨琴"，张海军$（1•嘉兴学院数理与信息工程学院，浙江嘉兴314001 ；2.嘉兴学院机电工程学院，浙江嘉兴314001）摘 要：首先详细讨论了 FB212型气体比热容比测定仪利用谐振动测量的空气比热容比的实验原理和方法，其次利用声速公式的理论推导，提出了用声速测量方法测空气比热容比的实验方法。

最后将 两种方法测得的结果进行了比较，结果表明，声速测量方法测得的空气比热容比误差比用FB212型空气比热容比测定仪测得的误差小，精度高。

在此基础上，对实验过程中的实验现象进行了数学分析。

关 键 词：空气比热容比;振动法;声速公式;相位比较中图分类号：0414.1 文献标志码：A DOI : 10.14139/22-1228.2020.06.013气体比热容比J 是气体定压比热容Cp 与定容比热容C v 的比值，即尸Cp/®,又称为气体的绝热系数，是热力学中的一个重要参量。

测定的 方法有好多种。

在普通物理实验中，测定空气比 热容比的常用方法有绝热膨胀法、振动法、EDA 方法，声速法等3】。

振动法同测量相比于绝热膨胀法而言,具有测量精度高和测试时间短等优点,逐渐被越来越多的教学单位采用。

杭州精科 仪器厂生产的FB212型气体比热容比测定仪在 物理实验室有广泛的应用。

原实验中实验原理被理想化，没有考虑实际过程中的摩擦效应。

钢球实际运动过程并非严格的简谐振动，必须根据受力情况分段考虑。

声速法测空气比热容比,可利用声速公式,得 到气体比热容比和声速的关系。

该方法可以避免振动法中的一些人工操作引起的误差。

本文分别利用振动法和声速法来测定气体比热容比，并对两方法的结果进行分析比较，进一步 从数学上来分析解释实验过程碰到的一些现象。

空气比热容比测定实验报告

空气比热容比测定实验报告

空气比热容比测定实验报告一、实验目的通过测量空气比热容比，掌握气体的热力学性质，了解气体的热膨胀特性，从而深入理解物理学中的热力学基础知识。

二、实验原理空气比热容比测定实验主要利用了两个方面的知识，一个是气体的状态方程，另一个是热力学第一定律。

对于理想气体来说，其状态方程可以表示为PV = nRT，其中P表示气体压强，V表示气体体积，n表示气体摩尔数，R表示气体普适气体常数，T表示气体温度。

对于气体在绝热条件下的变化，根据热力学第一定律可以得出：ΔU = Q - W，其中，ΔU表示气体内能的变化量，Q表示热量，W表示功。

在绝热条件下，Q = 0，所以ΔU = -W。

气体的内能是由分子的内部能量和分子运动所带来的动能组成的，比热容则是热量增加单位温度所需要的比率，所以等于内能和温度的比率，可以表示为Cp = ΔU/ΔT。

对于压缩气体来说，功是负值，所以ΔU也是负值。

得到如下公式：Cp - Cv = R，其中Cv表示气体的等密比热容。

三、实验内容1. 实验器材1) 绝热容器2) 气压计3) 温度计4) 手摇式风扇5) 水壶6) 水槽2. 实验步骤实验步骤如下：1) 在绝热容器中加入适量的干燥空气，并使用气压计记录其初始压强和初始温度。

2) 手摇风扇使其在绝热条件下进行气体的压缩。

3) 当气体温度上升一定温度时，暂停手摇风扇。

4) 记录停止手摇风扇后的气体压强和温度。

5) 将停止手摇风扇后的绝热容器放入水壶中的水中，并记录水的温度。

6) 将绝热容器中的气体放入水槽中，与水进行热交换直至稳定。

7) 测量气体最终的压强和温度。

四、实验结果通过实验，我们得到的数据如下表所示：| | 初始气压（Pa） | 初始温度（℃） | 停止风扇后气压（Pa） | 停止风扇后气温（℃） | 热交换后气压（Pa） | 热交换后气温（℃） | 水的温度（℃） || --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- ||1 | 98683 | 21.5 | 128340 | 40.0 | 100092 | 21.5 | 25.0||2 | 98703 | 21.5 | 130330 | 44.0 | 101325 | 21.5 | 25.0||3 | 98703 | 21.5 | 131320 | 46.0 | 101325 | 21.5 | 25.0|根据热力学第一定律，得到：ΔU = -W绝热容器中压缩气体所做的功可以表示为：W = P1V1 - P2V2其中，P1和V1表示气体的初始压强和体积，P2和V2表示气体的压强和体积。