ZH8622型空氣比熱容比測定儀簡介

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

中慧天誠

一般用U形水銀壓強計和水銀溫度計測量氣體的壓強和溫度，測量結(jié)果較為粗略。而本實驗儀器采用高精度、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量氣體的壓強和溫度，克服了原來實驗中的不足，實驗時能更明顯地觀察分析熱力學(xué)現(xiàn)象，實驗結(jié)果較為準(zhǔn)確。

實驗內(nèi)容

1.學(xué)習(xí)測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)和過程特征，掌握實現(xiàn)等值過程的方法。

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)

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

壓差過載能力為100KPa.10Kpa以上蜂鳴器報警。

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

在普通物理實驗中，測定空氣比熱容比的常用方法有絕熱膨脹法、振動法、EDA 方法等。

大學(xué)物理實驗中的空氣比熱容比實驗采用的大多是FD-NCD 型測定儀，這種裝置是人工打氣、放氣和關(guān)閉氣閥來實現(xiàn)空氣的絕熱膨脹等過程，從而測得空氣比熱容比γ。此方法簡單易操作，但放氣后靠人耳聽到?jīng)]氣流聲時才關(guān)閉氣閥，這種人工操作是容易引起誤差的，因為不同的人聽覺靈敏度不一樣，反應(yīng)速度也不一樣。再則玻璃瓶充氣后有形變，瓶內(nèi)會有水汽，封口老化漏氣等問題，這些在實驗中都沒有考慮。若通過測量聲速來測空氣比熱容比，可避免這一系列問題。

超聲法是利用在理想氣體中聲波的傳播過程可以認為是一個絕熱過程，通過測定聲速的方法來計算結(jié)果。

聲速測量實驗方法全為儀器操作，避免了FD-NCD 型空氣比熱容比測定儀實驗中的人為因素的影響。聲速測量方法測得的空氣比熱容比誤差比用FD-NCD 型空氣比熱容比測定儀測得的誤差小，精度高。在聲速測量實驗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γ表示，即γ=Cp/Cv，是描述氣體熱力學(xué)性質(zhì)的一個重要參數(shù)。

絕熱膨脹法測量空氣的比熱容比

（1）實驗原理：

過程圖如下：

I→II是絕熱過程，由絕熱過程方程得

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）實驗儀器

（3）實驗步驟

1、關(guān)閉放氣閥A，打開充氣閥B，用充氣球向瓶內(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)歷一段時間后，指示值不變時，記下Po，此時瓶內(nèi)氣體近似為狀態(tài)I。

2、打開放氣閥。用氣壓計測定大氣壓強，用水銀溫度計測環(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，把用于測量空氣壓強的三位半數(shù)字電壓表指示值調(diào)到“0”，并記錄此時四位半數(shù)字電壓表指示值。

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

4、當(dāng)瓶內(nèi)空氣的溫度上升至溫度T時，且壓強穩(wěn)定后，記下P2,此時瓶內(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

1、實驗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)動充氣閥和放氣閥的活塞時，一定要一手扶住活塞，另一只手轉(zhuǎn)動活塞，避免損壞活塞。

3、實驗前應(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，用充氣球向瓶內(nèi)打氣，使瓶內(nèi)壓強升高1000Pa～2000Pa左右(對應(yīng)電壓值為20mV～40mV)，關(guān)閉充氣閥B，觀察壓強是否穩(wěn)定，若始終下降則說明系統(tǒng)有漏氣之處，須找出原因。

4、做好本實驗的關(guān)鍵是放氣要進行的十分迅速。即打開放氣閥后又關(guān)上放氣閥的動作要快捷，使瓶內(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。

振動法測定空氣的比熱容比

（1）實驗原理

實驗是通過測定小球在儲氣瓶玻璃管中的振動周期來測定空氣的比熱容比。

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

（2）實驗儀器

（3）實驗步驟

1.儀器調(diào)整

將氣泵、儲氣瓶用橡皮管連接好，裝有鋼球的玻璃管插入球形儲氣瓶。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，待儲氣瓶內(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，此時應(yīng)調(diào)節(jié)好進氣的大小，使鋼球在玻璃管中以小孔為中心上下振動。

2、實驗測量

設(shè)置：接通計時儀器的電源及光電接收裝置與計時儀器的連接。打開計時儀器，預(yù)置測量次數(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。本實驗按預(yù)置測量次數(shù)進行，不需要另外置數(shù)。）

測量：按“執(zhí)行”鍵，即開始計數(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50次所需的時間。重復(fù)測量5次。

其它測量

用螺旋測微計測出鋼球的直徑d，重復(fù)測量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；

估算測量的不確定度。

（4）注意事項

若鋼球不作簡諧振動，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。

接通電源后若不計時或不停止計時，可能是光電門位置放置不正確，造成鋼球上下振動時未擋光，或者是外界光線過強，須適當(dāng)擋光。

本實驗裝置主要系玻璃制成，且對玻璃管的要求特別高，振動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