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1、测定空气的比热容比测定空气的比热容比 目的要求目的要求n学学习习测测定定空空气气定定压压比比热热容容与与定定容容比比热热容容之之比的一种方法；比的一种方法；n实地考察热力学系统状态变化过程的特征。实地考察热力学系统状态变化过程的特征。n学学习习用用传传感感器器精精确确测测定定气气体体压压强强和和温温度度的的原理与方法。原理与方法。比热容比比热容比同种物质可以有不同的比热容：当压力恒定时可得物质的定压比热容 ，体积一定时可得物质的定容比热容 ,它们为主比热容。当然，及 是温度的函数，但当实际过程所涉及的温度范围不大时，二者可视为常数。对于理想气体，二者之间满足如下关系：式中R表气体普适常数；表气
2、体的摩尔质量。由上式可以得出一个热力学中的重要物理量：(28.1)其中，称为气体的主比热容之比（简称比热容比比热容比）。它在绝热或近于绝热的过程中有许多应用。例如：气体的突然膨胀或压缩以及声音在气体中的传播都与该比值有关。原理原理 以比大气压 稍高的压力 ，向玻璃容器压入适量空气，并以与外部环境温度 相等之时单位质量的气体体积(称为比体积或比容)作为 ，用图28-1中的 表示这一状态。而后，急速打开放气活塞“B”，亦即使其绝热膨胀，降至大气压强 ，并以状态 表出。由于是绝热膨胀，；所以，若再迅速关闭活塞“B”、并放置一段时间，系统则将从外界吸收热量，且温度重新升高至 ；因为吸热过程中体积 不变
3、，所以，压力将随之增加为 ，即系统又变至状态（）。因状态的变化是绝热的，故满足泊松公式：(28.2)而状态与是等温的(图中由虚线表出)，所以，玻意耳定律成立，即：(28.3)由式(28.2)及(28.3)消去，并求解得：(28.4)可见，只要测得压强及，就可求出。如以和分别表示对应及与的压力差，则有：(28.5)现将式(28.5)代入式(28.4)，并考虑到 ，则：(28.6)可见，只要测得及，即可通过式(28.6)求出空气的比热容比。仪器用品 nFD-NCD空气比热容比测定仪，6V直流电源，5k标准电阻及环境温度计(大气压力计)等。注意事项注意事项 1.注意系统密封性，检查是否漏气；2.旋转
4、活塞时不可动作过猛，以防活塞折断；3.压入气体时要平稳，不要使表（）超程；4.严格掌握放气活塞从打开到关闭的时间，否则会给实验结果带来较大的不确定度；5.注意掌握实验进程，防止实验周期过长、环境温度发生较大变化对实验造成的影响；6.实验完毕将仪器整理复原，并注意将放气活塞“B”打开，使容器与大气相通。实验内容实验内容 按图（28-3）连接仪器电路，AD590正负极切勿接错。测定环境气压Pa及环境温度Te。开启电子仪器部分的电源预热20分钟，调节表（）至0mV。熟悉实验装置，正确使用活塞“A”、“B”及用压力传感器测量容器内外之压力差；同时进行粗测，以寻求由状态的过程进行的时间(即放气时间)，并
5、注意观察物理现象。顺序完成的状态变化过程。平稳地向“V”内压入适量气体后关闭进气活塞“A”，待系统与外界达到热平衡表()指示稳定后，记录表()指示 及表(2)指示T1；然后迅速打开放气活塞“B”，待喷气声音停止时立刻关闭；待表()指示稳定后，再记录 及T2。在 数值大致相同的条件下重复实验8-10次，分别代入式(28.6)，求出 及其算术平均值。考查题考查题 泊松公式成立的条件是什么？为什么说由本实验测得的结果比较粗糙？说明打气过程中，以及系统在诸过程中活塞“A”、“B”所处的位置。怎样做才能810在次的重复测量中保证 的数值大致相同？这样做有何好处？若 很不相同，对实验有无影响？如果从停止打
6、气到读取 ，以及从停止放气到读取 的时间都很短,分别对测量结果带来什么影响？若都很长，对测量结果有影响吗？为什么？本实验有哪些注意事项？思考题思考题 由状态到状态的放气过程可视为绝热过程的条件是什么？在此过程中，活塞“B”从打开到关闭的时间过长或过短，对测量结果有何影响？试分析说明并通过实验验证之。假定实验的热力学过程是准静态的，试参照图28-1分别在 图及 图上绘出状态的过程曲线。现已假定 、分别代表绝热膨胀前、后空气的比容，在此假定下，本实验所考察的热力学系统是什么？若重新假定绝热膨胀后仍留在“”中的那部分空气作为我们所考察的热力学系统，对实验有影响吗？在后一种假定下，及 将等于什么（设容器体积为）？4试比较由式(28.4)及式(28.6)所求的结果，由此说明式(28.6)的近似程度。5.试计算系统从状态的温度改变量，与测得的结果进行比较并说明原因。此值与气体质量的多少是否有关？与压强差呢？6.试求 的测量不确定度及结果表达式。7.大些好还是小些好？试由测量不确定度理论估计根据式(28.6)计算 时参数 的最佳选取值。