試驗(yàn)氣體絕熱指數(shù)試驗(yàn)報(bào)告大全

1、實(shí)驗(yàn) 5- 氣體絕熱指數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 大全實(shí)驗(yàn) 5 氣體絕熱指數(shù)測(cè)量預(yù)習(xí)提示】1、熟悉氣體的定壓比熱容、 定容比熱容、 絕熱 指數(shù)、熱力學(xué)過(guò)程等基本概念。2 、 理解熱力學(xué)第一定律和理想氣體的狀態(tài)方 程。3 、 了解絕熱膨脹法測(cè)量空氣的絕熱指數(shù)的基 本原理和方法。4 、 了解用傳感器精確測(cè)量氣體壓強(qiáng)和溫度的 基本原理和方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、學(xué)習(xí)絕熱膨脹法測(cè)量氣體絕熱指數(shù)的原理 和方法。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、初步了解半導(dǎo)體氣體壓力傳感器和電流型 集成溫度傳感器的工作原理和使用方法。實(shí)驗(yàn)原理】1、 測(cè)量絕熱指數(shù)的原理 根據(jù)熱力學(xué)第一定律， Q E A ，

2、系統(tǒng)自外界吸收的熱量 Q 等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加 E 和對(duì)外界 所做的功 A 之和。壓強(qiáng)、溫度、體積是研究氣 體狀態(tài)的三個(gè)基本參量設(shè)想一儲(chǔ)氣瓶， 上面有充氣 閥、放氣閥，用打氣球向瓶 內(nèi)打氣，瓶?jī)?nèi)空氣被壓縮， 也強(qiáng)增大， 溫度升高。等瓶 內(nèi)氣體穩(wěn)定后， 空氣分子分 布均勻，瓶?jī)?nèi)氣體溫度與室 溫相同，此時(shí)氣體狀態(tài)記錄 為( p1,V1 ,T0)；迅速打開(kāi)放氣閥，使瓶，內(nèi)氣體與 大氣相通， 則瓶?jī)?nèi)氣體將有噴出， 當(dāng)壓強(qiáng)降為大 氣壓 p0時(shí)，關(guān)閉放氣閥，根據(jù)熱力學(xué)第一定律， 氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少，氣體溫度下降為T1,，由于放氣較快， 瓶?jī)?nèi)保留氣體可視作為未與 外界進(jìn)行熱量交換， 視為絕熱膨脹過(guò)程；

3、瓶?jī)?nèi)氣 體低于外界溫度， 氣體將會(huì)從外界吸熱直到達(dá)到 室溫為止， 壓強(qiáng)也會(huì)增加為 P2，這個(gè)過(guò)程視作為 等容吸熱過(guò)程。將絕熱膨脹后瓶?jī)?nèi)剩余氣體作為一定質(zhì)量的熱力學(xué)系統(tǒng)來(lái)研究。剩余氣體放氣前處于狀態(tài) IP1,V1,T0 ，經(jīng)過(guò)絕熱膨脹后氣體由狀態(tài) I 變?yōu)闋顟B(tài)II P0,V2,T1 。V1是瓶?jī)?nèi)剩余氣體在狀態(tài) I 的體積， V2 是儲(chǔ)氣瓶的體積。 再經(jīng)過(guò)等容吸熱的過(guò)程由狀態(tài) II P0,V2,T1 變?yōu)闋顟B(tài) III P2,V2 ,T0 。氣體的狀態(tài)變化 過(guò)程如圖所示。由于狀態(tài) I 和狀態(tài) III 的溫度均 為 T0,因此，由狀態(tài) I 到狀態(tài) III 可視為等溫過(guò)程。 I-II 絕熱過(guò)程狀態(tài)變化方

4、程：p1V1 p0V2 （泊松方程）I-III 等溫狀態(tài)變化方程：p1V1 p2V2lg p1 lg p0lg p1 lg p2 由上式可以看出， 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)三個(gè)狀態(tài)， 只要測(cè)得 P0、P1、 P2就可求得空氣的絕熱指數(shù) 。 絕熱過(guò)程：系統(tǒng)與外界無(wú)熱交換的過(guò)程。滿足以下任一條件即可視作為絕熱過(guò)程：1. 有良好的絕熱材料隔絕的系統(tǒng)；2. 熱交換過(guò)程非常快以至于同外界沒(méi)有顯著熱交換。 （本實(shí)驗(yàn)屬于第二種）2、用擴(kuò)散硅壓阻式差壓傳感器測(cè)量壓強(qiáng) 實(shí)驗(yàn)中用高精度擴(kuò)散硅壓阻式差壓傳感器測(cè) 量壓強(qiáng)。擴(kuò)散硅壓阻式差壓傳感器是利用半導(dǎo) 體材料硅的壓阻效應(yīng)制成的。 測(cè)量壓強(qiáng)時(shí)將差 壓傳感器一端與瓶?jī)?nèi)被測(cè)氣體相通，

5、另一端與 大氣相通。當(dāng)瓶?jī)?nèi)被測(cè)氣體壓強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)， 傳感器的輸出電壓值相應(yīng)產(chǎn)生變化。 傳感器輸 出電壓和壓強(qiáng)的變化成線性關(guān)系，可表示為：Ui U0 KP Pi P0 。 Pi是被測(cè)氣體壓強(qiáng)， P0為大氣壓 強(qiáng)， Ui為傳感器的輸出電壓， U0為壓差為零時(shí) 傳感器的輸出電壓， KP 為傳感器的靈敏度。則 Pi P0 UiK U0 。實(shí)驗(yàn)中所用的差壓傳感器，儀器KP參數(shù) KP 2.000 10 2mV / Pa ，U 0 =0mV 。則 Pi P0 2.U00i0 102。3、用 AD590 集成溫度傳感器測(cè)量溫度AD590 是一種新型的電流輸出型半導(dǎo)體集成 溫度傳感器， 利用 PN 結(jié)的正向壓降

6、隨溫度變化 的特性制成。測(cè)溫范圍為 55 C 150 C 。當(dāng)施加 4v30v 的激勵(lì)電壓時(shí)，這種傳感器起恒流源的 作用，其輸出電流與傳感器所處的熱力學(xué)溫度 T 成正比，且轉(zhuǎn)換系數(shù)為 KC 1 A/K 或 KC 1 A/ C。如用 攝氏度表示溫度，則輸出電流為 I KCtC 273.2 A 。 AD590 輸出的電流可以在遠(yuǎn)距離處通過(guò)一個(gè)適 當(dāng)阻值的電阻 R,轉(zhuǎn)化為一個(gè)電壓 U,由 I UR算出R 其輸出的電流， 從而計(jì)算出溫度值。 本實(shí)驗(yàn)用的 溫度傳感器電路的轉(zhuǎn)換系數(shù)為 1mv/ C ，這樣，數(shù)字 電壓表上顯示的數(shù)即代表以 C 為單位的溫度值。實(shí)驗(yàn)器材】FD NCD 空氣比熱容比測(cè)定儀（儲(chǔ)氣

7、瓶、傳感 器、數(shù)字電壓表），氣壓計(jì)，溫度計(jì)【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、測(cè)量空氣的絕熱指數(shù)（1）打開(kāi)電源，預(yù)熱 20min 。（線路已經(jīng)連 好）（2）根據(jù)室內(nèi)的氣壓表和溫度表讀出大氣 壓強(qiáng) P0及環(huán)境溫度 T0 ，要求在測(cè)量過(guò)程中分 別對(duì)應(yīng)讀出 10 次數(shù)據(jù)。（3）打開(kāi)進(jìn)氣閥門 C1和放氣閥門 C2 ，使儲(chǔ)氣 瓶與大氣相通，使用調(diào)零電位器調(diào)節(jié)零 點(diǎn)，使 P P0 時(shí)測(cè)量壓強(qiáng)的三位半數(shù)字電壓 表顯示為 0。（4）關(guān)閉放氣閥門 C2 ，打開(kāi)進(jìn)氣閥門 C1，用 打氣球向瓶?jī)?nèi)緩慢均勻打氣， 直到壓強(qiáng)顯 示為120mv 150mv ，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，直到瓶?jī)?nèi) 氣體達(dá)到穩(wěn)態(tài)，此時(shí)的狀態(tài)為 I P1,V1,T0 。 記錄對(duì)

8、應(yīng)的 P1 。（5）迅速打開(kāi)放氣閥門 C2 ,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) 一部分氣體將突然噴出， 當(dāng)瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)降至 P0時(shí)，電壓表顯示為零，立刻迅速關(guān)閉放氣 閥 門 。 此 時(shí) 瓶 內(nèi) 氣 體 處 于 狀 態(tài) II P0,V2,T1 。記錄對(duì)應(yīng)的 P0 。（6）當(dāng)瓶?jī)?nèi)氣體從外界吸熱重新達(dá)到熱平 衡并升至室溫時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到狀態(tài) III P2,V2,T0 。記錄對(duì)應(yīng)的 P2 。（7）重復(fù)步驟，測(cè)量 10 次。2、驗(yàn)證等容吸熱過(guò)程氣體狀態(tài)變化規(guī)律 （溫度 傳感器不能用，略去）【注意事項(xiàng)】1、實(shí)驗(yàn)前要檢查系統(tǒng)是否漏氣。 具體方法是關(guān) 閉放氣閥門，向瓶?jī)?nèi)打氣，當(dāng)壓強(qiáng)顯 示為 1

9、20mv左右，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，觀察壓強(qiáng)是否穩(wěn) 定。2、本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于放氣要進(jìn)行得十分迅速， 關(guān)閉放氣閥門的時(shí)機(jī)要選擇得當(dāng)。 眼睛要一直 觀察電壓表， 當(dāng)電壓顯示為零的一瞬間， 迅速 關(guān)閉放氣閥門，手眼緊密結(jié)合好。3、打氣時(shí)擠壓氣球速度要緩慢。 打完氣，要等 足夠長(zhǎng)時(shí)間使瓶?jī)?nèi)氣體溫度穩(wěn)定，達(dá) 到與 室溫平衡。4、打開(kāi)或關(guān)閉閥門時(shí)， 要一手扶住閥門， 一手轉(zhuǎn)動(dòng)活塞。5、實(shí)驗(yàn)完畢后， 必須將兩個(gè)閥門全部打開(kāi)， 保 證壓力傳感器空載。數(shù)據(jù)記錄與處理】1、 測(cè)量空氣的絕熱指數(shù)表 一 測(cè) 量 空 氣的絕熱指數(shù)數(shù)據(jù)記錄表序 號(hào)測(cè)量值 /mv計(jì)算值狀 態(tài)I狀 態(tài) II狀態(tài) IIIP/ 105 PaU P1U

10、P0U P2P0P1P21.3291107 .60.025.51.02301.07681.03581.3192123 .50.029.51.02301.08481.03781.3233127 .20.030.71.02301.08661.03841.3284130 .40.031.31.02301.08821.03871.32651380.034.51.0231.0921.0401.342.90531211.0231.0831.0376.30.029.20761.3261131.0231.0791.0367.20.027.60681.3311311.0231.0881.0398.30.032.

11、30721.3371201.0231.0831.0339.40.021.20261.2201191.0231.0821.04010.60.035.50871.484大 氣 壓 強(qiáng) P0 =1.0230 105Pa對(duì)于第一組數(shù)據(jù)：P0 =1.0230 105Pa舉例室溫 T0 25.0 C計(jì)算）P1P0U1 U 0 1.0230 105KP120.070.06 102 1.0768 105PaP2P0U2 U 0 1.0230 105KP25.5 1022.0001.0358 105 Palg p0 lg 1.0768 1055lg p1lg plg p 5lg 1.023010551.319l

12、gp1lgp2lg 1.0768 105lg 1.0358105不確定度的計(jì)算：lg p1 lg p0 =ln p1 ln p0 lg p1 lg p2 ln p1 ln p2lnp1p0（把P0當(dāng)作常量）ln令p1p0Ap1p2B則12ln 2 A2ucln 2 B2 ucA2 c2 A 4 2 ln4 B B2uc2 B1.09251.0925A1.068B1.0502ln A 0.06581.0231.0403p1p2ln B 0.0490uc2 A1P02uc2 P1uc2 B1P22uc2 P1P12P24uc2 P2uc P12.89pa代入上式可得：uc2 A8.33uc2 B1

13、.0478.331.082210 107.956 10 1010 10 1010 10 1.0191 8.33 10 10 16.186 10 10ucln2 B2A2 uc2A lnl4nB AB2 uc2 B =0.001所以1.3420.001ur0.01%2、 驗(yàn)證等容吸熱過(guò)程氣體狀態(tài)變化規(guī)律 （溫度 傳感器不能用，略去）【思考與討論】1、 本實(shí)驗(yàn)研究的熱力學(xué)系統(tǒng)，是指放氣之后，瓶?jī)?nèi)剩余的這一部分氣體。2、 理論上來(lái)講， 太大或太小都不好。 太大，放 氣時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)；太小，放氣時(shí)間太短。不好把 握。一般， P1 在 100mv140mv 之間比較合適。3、為了使實(shí)驗(yàn)公式成立，必須做到以下幾點(diǎn)： 打氣時(shí)擠壓氣球速度要緩慢。打完氣，要等足 夠長(zhǎng)時(shí)間使瓶?jī)?nèi)氣體溫度穩(wěn)定， 達(dá)到與室溫平 衡；放氣的動(dòng)作要十分迅速，關(guān)閉放氣閥門時(shí) 電壓表顯示為零； 等瓶?jī)?nèi)剩余氣體完全處于再 一次的穩(wěn)態(tài)時(shí)，記錄對(duì)應(yīng)的 P2 。4、若實(shí)驗(yàn)中混有二氧化碳，會(huì)使得測(cè)量的 偏 小，因?yàn)槎趸紝儆诙嘣臃肿?，多原子?子 的 =1