测定空气的比热容比 张志林 讲师 理学院物理实验教学中心
理想气体的定压比热容 和定容比热容 之间满足关系： ，其中 为气体普适常数；二者之比 称为气体的比热容比，也称气体的绝热指数，它在热力学理论及工程技术的实际应用中起着重要的作用，例如：热机的效率及声波在气体中的传播特性都与空气的比热容比 有关。 实验目的 ⒈ 用绝热膨胀法测定空气的比热容比 ； ⒉ 观测热力学过程中的状态变化及基本物理规律； ⒊ 学习空气压力传感器及电流型集成温度传感器的原理和使用方法 。
实验仪器仪器介绍 测试仪面板 储气瓶 实物图
实验原理 理想气体的压强P、体积V和温度T在准静态绝热过程中，遵守绝热过程方程： 等于恒量，其中 是气体的定压比热容和定容比热容之比，通常称 为该气体的比热容比（亦称绝热指数）
P-V曲线 注：1表示绝热线，2表示等容线，3表示等温线。
对于绝热膨胀过程，满足理想气体绝热方程： （1） 对于同一系统，状态Ⅰ（P1 ，V1，T0）和状态Ⅲ（P2 ，V2，T0）的温度相同，则有 （2） 公式（1）和公式（2）联立，消去V1 ，V2，得 （3）
实验步骤及内容 1. 开启电源，使仪器预热20分钟；将进气阀门和出气阀门打开：然后，用调零电位器将三位 半数字电压表读数调到零。 1. 开启电源，使仪器预热20分钟；将进气阀门和出气阀门打开：然后，用调零电位器将三位 半数字电压表读数调到零。 2. 用气压计测定环境大气压强P0，用水银温度计测定室温T0。 3. 关闭放气阀、打开进气阀，用充气球将原处于环境大气压强P0、室温T0状态下的空气经进气口压入贮气瓶中，待仪器三位半数字电压表读数介于140到160mV时，关闭进气阀并停止充气；观察并记录此过程中瓶内气体压强和温度的变化。 4. 静待一段时间，待瓶内空气温度降至室温T0 ；记录仪器三位半数字电压表读数ΔP1(mV)，并计算出瓶内气体的压强P1 。 5. 突然打开放气阀，当贮气瓶内的空气压强降低至环境大气压强P0
6. 静待一段时间，待瓶内空气温度升至室温T0；记录仪器三位半数字电压表读数ΔP2（mV）,并计算出瓶内气体的压强P2 。 时（放气声消失时），迅速关闭放气阀；观察此过程中瓶内气体压强和温度的变化。 6. 静待一段时间，待瓶内空气温度升至室温T0；记录仪器三位半数字电压表读数ΔP2（mV）,并计算出瓶内气体的压强P2 。 7. 利用公式（3）计算空气的比热容比γ值。 8. 假定过程是准静态的，以最后留在瓶内的气体作为工作物质，在坐标纸上以半定量的方式作出反映瓶内空气状态由Ⅰ（P1 ，V1， T0）→Ⅱ（P0 ，V2，T1）→Ⅲ（P2 ，V2，T0）过程的P－V变化曲线。注意曲线的走向、斜率的变化及各参量数值的比例等。 9. 重复3、4、5、6、7步五次，由六次测量的γ1、γ2、γ3，γ4，γ5 ，γ6值计算平均值， 并与标准值进行比较。
注意事项 由于不同扩散硅压力传感器的灵敏度各不完全相同，请勿相互借用不同组号的测定仪或贮气瓶。 本实验所用的贮气瓶、进气阀、放气阀及其连接管均由玻璃材料制成的，属易碎品，实验中连线、关闭/开启阀门、用充气球充气时均要小心、仔细，更不允许在实验室中打闹、嬉戏。 由于热学实验受外界环境因素，特别是温度的影响较大，测量过程中应随时留意环境温度的变化。测量时只要做到‘瓶内气体在放气前降低至某一温度，放气后又能回升到同一温度’即可，这一温度不一定等于充气前的室温。 放气时要迅速，并密切注意压力传感器输出数值的变化，一旦压力输出指示为零，立即关闭放气阀（一听到放气的气流声结束即关闭放气阀）。 由于热力学实验受外界干扰因素的影响较大，测量空气的比热容比γ的实验结果介于1.2到1.4之间都属正常测量结果。
实验数据记录及处理 1实验数据记录 P0 (×105Pa) ΔP1 (mV) P1 ΔP2 P2 T0 1 2 3 4 5 （标准值）