空气绝热指数的测定.doc

1、1实验一 空气绝热指数的测定一、实验目的1.熟悉用绝热膨胀、定容加热基本热力过程与工作原理测量空气绝热指数 k 的实验方法。2.通过实验，培养运用热力学基本理论处理实际问题的能力。3.通过实验，进一步加深对刚性容器充气、放气现象的认识。二、实验原理在热力学中，气体的定压比热容 和定容比热容 之比被定义为该气体的绝热指数，并以 表示，pcvc k即 。/pvkc本实验利用定量气体在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律测定空气绝热指数 ，该实验过k程的 图，如图 1 所示。图 1图中 AB 为绝热膨胀过程；BC 为定容加热过程。因为 AB 为绝热过程，所以（1）kkABpVBC 为定容过程，所以

2、 。BCV假设状态 A 与 C 所处的温度相同，对于状态 A、 C 可得：（2）pV将（2）式两边 次方得k（3）()()kkAC比较（1） 、 （3）两式可得kCABpkABCp将上式两边取对数，可得2（4）ln/ABCpk因此，只要测出 A、B、C 三个状态下的压力 、 、 ，且将其代入（4）式，即可求得空气的AB绝热指数 k。三、实验设备本实验的实验设备如图 2 所示。实验时，通过气囊 4 对有机玻璃容器 1 进行充气至状态 A，由 U 型管压力计 3 测得状态 A 的表压 (mmH2O)，如图状态 A。选取容器内的气体作为研究对象，其体积为Ah，压力为 ，温度为 。压力稳定后，通过放气

3、阀门 5 突然放气并迅速关闭，使其压力与大气压力AVpT相平衡，此时的气体膨胀至整个容器（体积为 ） ，膨胀过程结束后， （大气压力） 。由于此过BVaBp程进行得十分迅速，忽略过程的热交换，因此可认为此过程为定量气体的绝热膨胀过程，即由状态 A（、 、 ）绝热膨胀至状态 B（ 、 、 ） （注意 等于容器体积， 为一小于容器体积的假ApVATpBTBAV象体积） 。处于状态 B 的气体，由于其温度低于环境温度，则刚性容器内的气体通过容器壁与环境交换热量，持续约 30 分钟左右，当容器内的气体温度与环境温度相等时，系统处于新的平衡状态 C ( 、 、 )。若忽略刚性容器的体积变化，此过程可认为

4、是定容加热过程。此时容器内气体的压力CpC可由 U 形差压计测得 (mmH2O)。至此，被选为研究对象的气体，从 A 经过绝热膨胀过程至 B，又经过h定容加热过程至 C，且状态 A、 C 所处的温度同为环境温度，实现了图 1 中所示的过程。图 2 实验设备示意图3图 3 气体热力过程示意图四、实验方法及步骤1. 认真阅读实验指导书，对照实物熟悉实验设备，了解实验原理。2. 在阀门 5 开启的情况下（容器与大气相通） ，用医用注射器将蒸馏水注入 U 型管压力计 3 至120150mm 左右的水柱高。水柱内应不含气泡，如有气泡，应设法排除。3. 调整装置的水平位置，使 U 型管压力计 3 两水管中

5、的水柱高在一个水平线上。4. 关闭阀门 5，把备帽拧紧。5. 检查装置的气密性。方法是：1）通过充气阀对刚性容器充气至状态 A，使 （mmH 2O）左右，过几分钟后观察水柱的变0h化，若不变化，说明气密性满足要求，读出 的值。2）若有变化，则说明装置漏气，应将放气阀门 5 的锥形塞拔出，抹上一些真空油，可改善密封性，抹油后安装就位，把备帽拧紧。重复步骤 1） 。此步骤一定要认真，否则，将给实验结果带来较大的误差，同时读出 的值。Ah6.右手突然打开放气阀门 5 放气，并迅速关闭（在气流流出的声音“拍”消失的同时关上排气阀，此时，恰到好处，实验操作者在实验正式开始前要多练习几次） 。7.持续 3

6、0 分钟左右，待容器内空气温度与大气温度一致时，即 U 型管差压计的读数稳定后，读出 。Ch8.重复上述步骤 3 次以上，将实验中采集的数据填在实验数据表格中，并求 值（取其平均值） 。k注意：气囊往往要漏气，充气后必须用夹子将胶皮管加夹紧。五、计算公式如果将前述的（4）式直接用于实验计算的话，比较麻烦。因此，针对我们的实验条件，现将（4）式进行适当的简化。设 U 型管差压计的封液（水）的重度为 （N/m 3） ，实验时大气压力为 （mmH 2O） 。9.810ap因此，状态 A 的压力可表示为 ，状态 B 的压力可表示为 ，状态 C 的压力可表示AaAhpaBp为 。将其代入（4）式得CaChp4（5）lnln(1)aAAaCaCphhpk实验中由于刚性容器的限制。一般取 (mmH2O)，且 ，因此有 ，0AhAhaCaph， 。1/aAph1)/()(CaCAph所以，按照近似的方法， （5）式可简化为（6）/AaACCChphk这即为利用本实验装置测定空气绝热指数的简化（近似）计算公式。六、实验数据记录和整理室温 ta= ，大气压力 = mmHg。ap实验数据记录表序号 (mmH2O)Ah(mmH2O)ChACh)/(CAhk12345 /ik七、实验报告要求1.书写实验报告，其内容除实验数据记录和整理外，还包括实验原理简述、实验设备简介和对实验结果的分析及讨论。