1. 空氣比熱容比的測定
空氣比熱容比的測定【實驗目的】 1. 學慣用絕熱膨脹法測定空氣的比熱容比；2. 觀測熱力學過程中狀態變化及基本物理規律。 【實驗儀器】 VJ-NCD-Ⅲ空氣比熱容比綜合實驗儀、實驗裝置、數字溫度計實驗模板、萬向光電門、VJ-HMJ-I數字毫秒計【實驗原理】1、 數字式溫度計設計圖1⑴成溫度感測器將溫敏晶體管與相應的輔助電路集成在同一晶元上，它能直接給出正比於絕對溫度的理想線性輸出，一般用於-50℃—+150℃之間溫度測量，溫敏晶體管是利用管子的集電極電流恆定時，晶體管的基極——發射極電壓與溫度成線性關系。為克服溫敏晶體管生產是基極電壓的離散性，均採用了特殊的差分電路。集成溫度感測器有電壓型和電流型二種，電流輸出型集成溫度感測器，在一定溫度下，它相當於一個恆流源。因此它具有不宜受接觸電阻、引線電阻、電壓雜訊的干擾。具有很好的線性特性。⑵AD590的工作電源范圍+4V—+30V，在終端使用一隻取樣電阻（一般為10K），即可實現電流到電壓的轉換。測量精度比電壓型的高，其靈敏度為1微安/伏。⑶如果AD590集成溫度感測器的靈敏度不是嚴格的1.000微安/℃，而是略有差異，可改變取樣電阻的阻值，使數字式溫度計的測量誤差減少。⑷絕對溫度跟攝氏溫標的轉換：T（K）=273.2+t（℃）。2.絕熱膨脹法測定空氣的熱容比：若以比大氣壓P0稍高的壓力P1向容器內壓入適量的空氣，並以與外部環境溫度T1相等之單位質量的氣體體積（稱為比體積或比容）作為V1，如下圖中的I（P1，V1，T1）表示這一狀態。然後急速打開閥門，即令其絕熱膨脹，降至大氣壓力P0，並以II（P2，V2，T2）表示該狀態。由於是絕熱膨脹，T2〈T1，所以，若再迅速關閉閥門並放置一段時間，則系統將從外界吸收熱量且溫度升高至T1；因為吸熱過程中體積（比容）V2不變，所以，壓力將隨之增加為P3；即系統又變至狀態III（P3，V3，T3）。因此態I至狀態II的變化是絕熱的，圖2故滿足泊松公式： (1)而狀態III與狀態I是等溫的，所以，玻意耳定律成立，即： （2）由⑴及⑵式消去V1、V2可解得： （3） 可見，只要測得測量，，的值可測量出空氣的比熱容如果用⊿，⊿分別表示，與大氣壓強的差值時，則有： =+⊿；=+⊿ （4）將⑷式代入⑶式，並考慮到〉〉⊿，〉〉⊿，則：及 所以： ⑸同樣，只要用壓力計測得實驗過程中，時與的壓力差⊿，⊿，即可通過 ⑸式求出比熱容比。【實驗內容與步驟】 絕熱膨脹法測定空氣的比熱容比1. 用電纜線和導線連好實驗裝置、數字溫度計實驗模板和儀器面板。2. 調節數字溫度計實驗模板上的取樣電阻，室溫由0.1℃的溫度計測得（實驗室提供）；3. 調節使IC2輸出為室溫t（℃）4. 打開出氣閥；調節儀器「調零鈕」使壓強差值為零；5. 關閉出氣閥，擠壓打氣球，向容器內壓入適量的空氣（壓強差值不應超過15kPa）,壓強為P1，觀察溫度 、壓強差的變化，記錄此狀態 I（P1，V1，T1）的⊿ 、T1的值。6. 打開出氣閥，即令其絕熱膨脹，降至大氣壓強，變為狀態II（P2，V2，T2），由於是絕熱膨脹，，再迅速關閉閥門並放置一段時間，則系統溫度將升至，壓強將隨之增加為，其狀態為III（P3，V3，T3），記錄此狀態時⊿ 、T1值。註：打開出氣閥放氣時，當聽到放氣聲將結束時應迅速關閉出氣閥，7. 根據⑸式，即可求出空氣的比熱容比8. 重復以上步驟進行多次測量（如5次、10次）求平均值。 【注意事項】1. 向容器內壓入空氣時，壓強差值不超過15kpa;2. 實驗內容6打開出氣閥放氣時，當聽到放氣聲將結束時應迅速關閉出氣閥，提早或推遲關閉出氣閥，都將影響實驗要求，引入誤差。由於數字電壓表有滯後顯示，如用計算機實時測量，發現此放氣時間約零點幾秒，並與放氣聲產生消失一致，而且關閉也需要零點幾秒的時間，所以關閉出氣閥用聽聲更可靠些；3. 實驗要求環境溫度基本不變、如發生環境溫度不斷下降情況，可在遠離實驗儀適當加溫，以保證實驗正常進行。 【數據記錄及處理】 ⊿（kpa）⊿（kpa）（kpa） 【思考題】1. 該實驗的誤差來源主要有哪些？2. 如何檢查系統是否漏氣？如有漏氣，對實驗結果有何影響？3. 對該實驗提出改進意見，或設計一套新的實驗方案。註：空氣的公認值：C=1.0032， C=0.7106，g＝1.412。