ZH8622型空氣比熱容比測(cè)定儀

ZH8622型空氣比熱容比測(cè)定儀是一個(gè)重要的熱力學(xué)參量。測(cè)量比熱容比r的方法有多種。絕熱膨脹測(cè)量r是一種重要的方法。

中慧天誠(chéng)

一般用U形水銀壓強(qiáng)計(jì)和水銀溫度計(jì)測(cè)量氣體的壓強(qiáng)和溫度，測(cè)量結(jié)果較為粗略。而本實(shí)驗(yàn)儀器采用高精度、高靈敏度的硅壓力傳感器和電流型集成溫度傳感器分別測(cè)量氣體的壓強(qiáng)和溫度，克服了原來(lái)實(shí)驗(yàn)中的不足，實(shí)驗(yàn)時(shí)能更明顯地觀察分析熱力學(xué)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為準(zhǔn)確。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.學(xué)習(xí)測(cè)定空氣的比熱容比的一種方法；

2.觀察和分析熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)和過(guò)程特征，掌握實(shí)現(xiàn)等值過(guò)程的方法。

3.了解壓力傳感器和電流型集成溫度傳感器的工作原理并掌握其使用方法。

技術(shù)參數(shù)

壓差測(cè)量范圍：0.01KPa-10.00KPa,三位半數(shù)碼管顯示。

壓差過(guò)載能力為100KPa.10Kpa以上蜂鳴器報(bào)警。

溫度電壓顯示：0-19.999mV,四位半數(shù)碼管顯示。

穩(wěn)壓電源輸出電壓：6.00V

測(cè)得空氣比熱容比與標(biāo)準(zhǔn)值相比誤差<3%。2100433B

在普通物理實(shí)驗(yàn)中，測(cè)定空氣比熱容比的常用方法有絕熱膨脹法、振動(dòng)法、EDA 方法等。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的空氣比熱容比實(shí)驗(yàn)采用的大多是FD-NCD 型測(cè)定儀，這種裝置是人工打氣、放氣和關(guān)閉氣閥來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣的絕熱膨脹等過(guò)程，從而測(cè)得空氣比熱容比γ。此方法簡(jiǎn)單易操作，但放氣后靠人耳聽到?jīng)]氣流聲時(shí)才關(guān)閉氣閥，這種人工操作是容易引起誤差的，因?yàn)椴煌娜寺犛X靈敏度不一樣，反應(yīng)速度也不一樣。再則玻璃瓶充氣后有形變，瓶?jī)?nèi)會(huì)有水汽，封口老化漏氣等問(wèn)題，這些在實(shí)驗(yàn)中都沒有考慮。若通過(guò)測(cè)量聲速來(lái)測(cè)空氣比熱容比，可避免這一系列問(wèn)題。

超聲法是利用在理想氣體中聲波的傳播過(guò)程可以認(rèn)為是一個(gè)絕熱過(guò)程，通過(guò)測(cè)定聲速的方法來(lái)計(jì)算結(jié)果。

聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)方法全為儀器操作，避免了FD-NCD 型空氣比熱容比測(cè)定儀實(shí)驗(yàn)中的人為因素的影響。聲速測(cè)量方法測(cè)得的空氣比熱容比誤差比用FD-NCD 型空氣比熱容比測(cè)定儀測(cè)得的誤差小，精度高。在聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)方法中采用雙蹤顯示能直觀顯示兩聲波波形大小及相位關(guān)系。

比熱容比指的是定壓比熱Cp與定容比熱Cv之比，通常用符號(hào)γ表示，即γ=Cp/Cv，是描述氣體熱力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)。

絕熱膨脹法測(cè)量空氣的比熱容比

（1）實(shí)驗(yàn)原理：

過(guò)程圖如下：

I→II是絕熱過(guò)程，由絕熱過(guò)程方程得

狀態(tài)I和狀態(tài)III的溫度均為T₀，由氣體狀態(tài)方程得

合并式兩式，消去V1、V2得

由上式可以看出，只要測(cè)得P₀、P₁、P₂就可求得空氣的絕熱指數(shù)γ，即得到比熱容比。

（2）實(shí)驗(yàn)儀器

（3）實(shí)驗(yàn)步驟

1、關(guān)閉放氣閥A，打開充氣閥B，用充氣球向瓶?jī)?nèi)打氣，使三位半數(shù)字電壓表示值升高到100mV～150mV。然后關(guān)閉充氣閥B，觀察、的變化，經(jīng)歷一段時(shí)間后，指示值不變時(shí)，記下Po，此時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體近似為狀態(tài)I。

2、打開放氣閥。用氣壓計(jì)測(cè)定大氣壓強(qiáng)，用水銀溫度計(jì)測(cè)環(huán)境室溫。開啟電源，讓電子儀器部件預(yù)熱20分鐘，然后旋轉(zhuǎn)調(diào)零電位器旋鈕，把用于測(cè)量空氣壓強(qiáng)的三位半數(shù)字電壓表指示值調(diào)到“0”，并記錄此時(shí)四位半數(shù)字電壓表指示值。

3、迅速打開放氣閥A，使瓶?jī)?nèi)氣體與大氣相通，由于瓶?jī)?nèi)氣壓高于大氣壓，瓶?jī)?nèi)?V體積的氣體將突然噴出,發(fā)出“嗤”的聲音。當(dāng)瓶?jī)?nèi)空氣壓強(qiáng)降至環(huán)境大氣壓強(qiáng)時(shí)（放氣聲剛結(jié)束），立刻關(guān)閉放氣閥A，這時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體溫度降低，狀態(tài)變?yōu)镮I。

4、當(dāng)瓶?jī)?nèi)空氣的溫度上升至溫度T時(shí)，且壓強(qiáng)穩(wěn)定后，記下P2,此時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體近似為狀態(tài)III。

5、記錄室內(nèi)大氣壓，根據(jù)P0、P1、P2，可以求出比熱容比。

（4）注意事項(xiàng)

1、實(shí)驗(yàn)中貯氣玻璃瓶及各儀器應(yīng)放于合適位置，最好不要將貯氣玻璃瓶放于靠桌沿處，以免打破。

2、轉(zhuǎn)動(dòng)充氣閥和放氣閥的活塞時(shí)，一定要一手扶住活塞，另一只手轉(zhuǎn)動(dòng)活塞，避免損壞活塞。

3、實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查系統(tǒng)是否漏氣，方法是關(guān)閉放氣閥A，打開充氣閥B，用充氣球向瓶?jī)?nèi)打氣，使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)升高1000Pa～2000Pa左右(對(duì)應(yīng)電壓值為20mV～40mV)，關(guān)閉充氣閥B，觀察壓強(qiáng)是否穩(wěn)定，若始終下降則說(shuō)明系統(tǒng)有漏氣之處，須找出原因。

4、做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是放氣要進(jìn)行的十分迅速。即打開放氣閥后又關(guān)上放氣閥的動(dòng)作要快捷，使瓶?jī)?nèi)氣體與大氣相通要充分且盡量快底完成。注意記錄電壓值。

振動(dòng)法測(cè)定空氣的比熱容比

（1）實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)是通過(guò)測(cè)定小球在儲(chǔ)氣瓶玻璃管中的振動(dòng)周期來(lái)測(cè)定空氣的比熱容比。

式中d為小球的直徑，P為大氣壓強(qiáng)，T為室溫，V為體積，m為小球的質(zhì)量。

（2）實(shí)驗(yàn)儀器

（3）實(shí)驗(yàn)步驟

1.儀器調(diào)整

將氣泵、儲(chǔ)氣瓶用橡皮管連接好，裝有鋼球的玻璃管插入球形儲(chǔ)氣瓶。將光電接收裝置利用方形連接塊固定在立桿上，固定位置于空芯玻璃管的小孔附近。 調(diào)節(jié)底板上三個(gè)水平調(diào)節(jié)螺釘，使底板處于水平狀態(tài)。 接通氣泵電源，緩慢調(diào)節(jié)氣泵上的調(diào)節(jié)旋鈕，數(shù)分鐘后，待儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)注入一定壓力的氣體后，玻璃管中的鋼球離開彈簧，向管子上方移動(dòng)，此時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)好進(jìn)氣的大小，使鋼球在玻璃管中以小孔為中心上下振動(dòng)。

2、實(shí)驗(yàn)測(cè)量

設(shè)置：接通計(jì)時(shí)儀器的電源及光電接收裝置與計(jì)時(shí)儀器的連接。打開計(jì)時(shí)儀器，預(yù)置測(cè)量次數(shù)為50次。（如需設(shè)置其它次數(shù)，可按“置數(shù)”鍵后，再按“上調(diào)”或“下調(diào)”鍵，調(diào)至所需次數(shù)，再按“置數(shù)”鍵確定。本實(shí)驗(yàn)按預(yù)置測(cè)量次數(shù)進(jìn)行，不需要另外置數(shù)。）

測(cè)量：按“執(zhí)行”鍵，即開始計(jì)數(shù)（狀態(tài)顯示燈閃爍）。待狀態(tài)顯示燈停止閃爍，顯示屏顯示的數(shù)字為振動(dòng)50次所需的時(shí)間。重復(fù)測(cè)量5次。

其它測(cè)量

用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)出鋼球的直徑d，重復(fù)測(cè)量5次。

用物理天平稱出鋼球的質(zhì)量m，左右盤各稱一次。

3.記錄室溫和大氣壓和容器的體積；

根據(jù)公式求出空氣的比熱容比；

估算測(cè)量的不確定度。

（4）注意事項(xiàng)

若鋼球不作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，可以調(diào)節(jié)氣泵上面的氣流調(diào)節(jié)閥門，直到鋼球在玻璃管上小孔附近作穩(wěn)定的諧振動(dòng)。

接通電源后若不計(jì)時(shí)或不停止計(jì)時(shí)，可能是光電門位置放置不正確，造成鋼球上下振動(dòng)時(shí)未擋光，或者是外界光線過(guò)強(qiáng)，須適當(dāng)擋光。

本實(shí)驗(yàn)裝置主要系玻璃制成，且對(duì)玻璃管的要求特別高，振動(dòng)鋼球的直徑僅比玻璃管內(nèi)徑小0.01mm左右，因此鋼球表面不允許擦傷，在測(cè)量鋼球質(zhì)量和直徑是要注意輕拿輕放，還要防止鋼球表面粘上灰塵。2100433B