实验指导书-总1 - 图文(6)

实验五 空气比热容比的测定

一、实验目的

1.学习测量理想气体比热容比的原理和方法。 2.测量空气的比热容比。 二、实验仪器

实验台，AD590温度计模块，空气比热容比实验仪。 三、实验原理

气体的定压比热容CP与定容比热容CV之比称为气体的比热容比，用符号r表示，它被称为气体的绝热系数，是一个很重要的参量，经常出现在热力学方程中。通过测量r，可以加深对绝热、定容、定压、等温等热力学过程的理解。

对于理想气体：

CP?CV?R （5-1）

其中，R 为气体的普适常数。

仪器结构如图1所示，以贮气瓶内的气体作为研究对象进行如下实验过程：

图1 空气比热容比实验仪结构图

1.首先打开气阀1、2，使贮气瓶与大气相通，然后关闭气阀1、2，瓶内充满与周围空气同温同压的气体。

2.用气管分别将打气球和气阀1、气压计和气阀2连接起来，打开气阀1，用打气球向瓶

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内打气，充入一定量的气体，然后关闭气阀1。此时瓶内原来的气体被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时气体处于状态I(P 1,V1,T0)3.将连接在气阀1上的气管取下，迅速打开放气阀，使瓶内的气体与大气相通，当瓶内压强降到P0时，立即关闭放气阀，将有体积为?V的气体喷泻出贮气瓶。由于放气过程较快，瓶内的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热过程。在此过程中作为研究对象的气体由状态I(P转变为状态II(P0,V2,T1) 1,V1,T0)4.由于瓶内温度T1低于外界温度T0，所以瓶内气体慢慢的从外界吸热，直到达到外界温度T0为止，此时瓶内的压强也随之增大为P2，即稳定后的气体状态为III(P2,V2,T0)。从状态Ⅱ到状态Ⅲ为等容吸热过程。气体的状态变化过程如图2所示：

图2 气体的状态变化过程曲线

I?II为绝热过程，有绝热过程方程得：

rrP1V1?P0V2 （5-2）

I?III为等温过程，由等温过程方程得：

P1V1?P2V2 （5-3）

由（5-2）（5-3）可得：

??lnP1?lnP0 （5-4）

lnP1?lnP2由（5-4）可以看出只要测得P0，P1，P2就可以得空气的比热容比r。

如果由于环境的温度的变化我们测量到状态IV(P3,V2,T2)，我们可以把状态IV转化到状

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态III(P2,V2,T0)，因为状态IV→状态III是等容过程，由等容过程方程知：

P2T0? （5-5） P3T2四、实验内容

1.将“气动接头1”上的气管通过硅胶管到连接到“打气球”上，将“气动接头2”上的气管连接到实验台气压计的“输入”上。

2.将AD590连接到AD590温度计模块的热力学温度计部分，并按照实验十二进行校准。 3.将气阀1、2打开，用打气球缓慢的将一定量的气体压入贮气瓶内，此时气压计的显示为10kPa左右，关闭气阀1，等贮气瓶内气体稳定时记录下此时的压差?P1和温度T0。

4.迅速打开气阀1，当贮气瓶的空气压强降低到环境大气压强P0时（建议以放气声音消失时为准），迅速关闭气阀1，当贮气瓶内的温度和环境温度平衡时记录此时气体的压差?P2和温度T0?。

5.重复上述步骤，测量5次并将实验数据记录在表1中。

表1 压强与温度的实验数据

P0(105Pa) 五、实验报告

?P1 T0 ?P2 T0? P1 P2 ? 1.测量实验室的大气压的数值（大气压力计实验室自备，也可直接采用标准大气压），计算出P1和P2的数值。

2.如果实验过程中T0和T0?相差比较大，就用（18-5）式将T0?相转化到T0下的压强。 3.用公式（5-4）进行计算，求得空气的比热容比?的值，并与理论值做比较。理想空气绝热指数理论值为：?0?1.402。气压计是在大气压的基础上进行测量，因此P，1??P1?P0 27

P2??P2?P0。 六、注意事项

1.由于数字电压表有滞后性，因此判断气压是否为P0不能以气压计的显示为准，经过多次实验测量，放气时间约为零点几秒，与放气声音消失基本一致，所以关闭气阀用听声音更可靠。实验在打开气阀1放气时，当听到放气声结束应迅速关闭气阀，提早或推迟关闭都将影响实验结果。

2.实验要求环境温度基本保持不变，如果环境的温度发生了比较大的变化，可以先将此状态转化到与状态I相同的温度状态后再进行计算。

3.实验过程中要确保气压计和储气瓶之间连接好、不漏气，方可进行实验。

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实验六 冷却法测量金属的比热容

一、实验目的

1.学习冷却法测量金属比热容的原理和方法。 2.测量金属样品的比热容。 二、实验仪器

实验台，热电偶温度计模块，金属比热容测量实验仪，电子天平（精度0.01g，学校自备）。 三、实验原理

1.金属比热容

单位质量的物质，其温度升高1K（或1?C）所需的热量称为该物质的比热容，其值随温度而变化。将质量为m1的金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如室温的空气）中，样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失(?Q系式：

???Q?c1M11 （6-1） ?t?t??（6-1）式中c1为该金属样品在温度?1时的比热容，1为金属样品在?1的温度下降速率，

?t?t)与温度下降的速率成正比，于是得到下述关

根据冷却定律有：

?Q??1S1(?1??0)m （6-2） ?t（6-2）式中?1为热交换系数，S1为该样品外表面的面积，m为常数，?1为金属样品的温度，?0为周围介质的温度。由式（6-1）和（6-2），可得：

c1M1??1??1S1(?1??0)m （6-3） ?t同理，对质量为m2，比热容为c2的另一种金属样品，可有同样的表达式：

c2M2??1??2S2(?1??0)m （6-4） ?t由式（6-3）和（6-4），可得：

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