空氣絕熱指數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)

1、空氣絕熱指數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)測(cè)量空氣絕熱指數(shù)的方法。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)運(yùn)用熱力學(xué)基本理論處理實(shí)際問(wèn)題的能力。3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步加深對(duì)剛性容器充氣、放氣現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理在熱力學(xué)中，氣體的定壓比熱容c p和定容比熱容c v之比被定義為該氣體的絕熱指數(shù)，并以k表示，即。本實(shí)驗(yàn)利用定量氣體在絕熱膨脹過(guò)程和定容加熱過(guò)程中的變化規(guī)律來(lái)測(cè)定空氣絕熱指數(shù)k 。該實(shí)驗(yàn)過(guò)程的pv 圖，如圖1所示。圖中A B為絕熱膨脹過(guò)程；B C為定容加熱過(guò)程。因?yàn)锳 B為絕熱過(guò)程，所以 （1） B C為定容過(guò)程，所以。假設(shè)狀態(tài)A與C所處的溫度相同，對(duì)于狀態(tài)A、C可得： （2） 將（2）式兩邊k次方得 圖

2、1 （3） 比較（1）、（3）兩式，可得將上式兩邊取對(duì)數(shù)，可得 （4）因此，只要測(cè)出A、B、C三個(gè)狀態(tài)下的壓力pA、pB、pC ，且將其代入（4）式，即可求得空氣的絕熱指數(shù)k 。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖2所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)充氣閥對(duì)剛性容器進(jìn)行充氣，至狀態(tài)A，由U形管差壓計(jì)測(cè)得狀態(tài)A的表壓h A ( mmH2O )，如圖3狀態(tài)A，我們選取容器內(nèi)一分氣體作為研究對(duì)象，其體積為VA，壓力為pA，溫度為TA，假設(shè)通過(guò)排氣閥放氣，使其壓力與大氣壓被力相平衡，恰好此時(shí)的氣體膨脹至整個(gè)容器（體積為VB），立即關(guān)閉排氣閥，膨脹過(guò)程結(jié)束。因?yàn)镻B = pa（大氣壓力），由于此過(guò)程進(jìn)行得十分迅速，可忽略過(guò)

3、程的熱交換，因此可認(rèn)為此過(guò)程為定量氣體的絕熱膨脹過(guò)程，即由狀態(tài)A (pA、VA、TA)絕熱膨脹至狀態(tài)B (pB、VB、TB)。（注意VB等于容器體積，VA為一小于容器體積的假象體積）。處于狀態(tài)B的氣體，由于其溫度低于環(huán)境溫度，則剛性容器內(nèi)的氣體通過(guò)容器壁與環(huán)境交換熱量，當(dāng)容器內(nèi)的氣體溫度與環(huán)境溫度相等時(shí)，系統(tǒng)處于新的平衡狀態(tài)C (pC、VC、TC)。若忽略剛性容器的體積變化，此過(guò)程可認(rèn)為是定容加熱過(guò)程。此時(shí)容器內(nèi)氣體的壓力可由U形差壓計(jì)測(cè)得hC ( mmH2O )。至此，被選為研究對(duì)象的氣體，從A經(jīng)過(guò)絕熱膨脹過(guò)程至B，又經(jīng)過(guò)定容加熱過(guò)程至C，且狀態(tài)A、C所處的溫度同為環(huán)境溫度，實(shí)現(xiàn)了圖1中所示

4、的過(guò)程。圖 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖圖 3 氣體熱力過(guò)程示意圖 四、實(shí)驗(yàn)步驟1.實(shí)驗(yàn)前，認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，了解實(shí)驗(yàn)原理2.進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，參考實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，對(duì)照實(shí)物熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備。3.實(shí)驗(yàn)中，由于對(duì)裝置的氣密性要求較高，因此，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，首先應(yīng)檢查裝置的氣密性。方法是，通過(guò)充氣閥對(duì)剛性容器充氣至狀態(tài)A，使hA = 200 ( mmH2O )左右，過(guò)幾分鐘后觀察水柱的變化，若不變化，說(shuō)明氣密性滿足要求；若有變化，則說(shuō)明裝置漏氣。此步驟一定要認(rèn)真，否則，將給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)較大的誤差，同時(shí)讀出hA的值。4.右手轉(zhuǎn)動(dòng)排氣閥，在氣流流出的聲音“拍”消失的同時(shí)關(guān)上排氣閥（此時(shí)，恰到好處，實(shí)驗(yàn)操作者在實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始前要多

5、練習(xí)幾次）。5.待U型管差壓計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后，讀出hC（大約需5分鐘左右的時(shí)間）。6.重復(fù)上述步驟，多做幾遍，將實(shí)驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)填在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中，并求k值。五、計(jì)算公式如果將前述的（4）式直接用于實(shí)驗(yàn)計(jì)算的話，那是比較麻煩的。因此，針對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)條件，現(xiàn)將（4）式進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。設(shè)U型管差壓計(jì)的封液（水）的重度為= 9.81×103 （N/m3），實(shí)驗(yàn)時(shí)大氣壓力則為pa103（mmH2O）。因此，狀態(tài)A的壓力可表示為pA= pa + hA，狀態(tài)B的壓力可表示為pB = pa，狀態(tài)C的壓力可表示為pC = pa + hC。將其代入（4）式得 （5）實(shí)驗(yàn)中由于剛性容器的限制，一般取200

6、（mmH2O），且 ，因此有 ， 。(方框內(nèi)為小于小于，根據(jù)泰勒展開(kāi))所以，按照近似的方法，（5）式可簡(jiǎn)化為 （6）這即為利用本實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定空氣絕熱指數(shù)k的簡(jiǎn)化（近似）計(jì)算公式。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和整理室溫ta ，大氣壓力pa mmHg，濕度 %。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表序號(hào)hA (mmH2O)hC (mmH2O)hA - hCk=hA/(hA-hC)12345678910ki/10七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，了解實(shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)真動(dòng)手操作。2.書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其內(nèi)容除實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和整理外，還包括實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)述、實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析及討論。八、實(shí)驗(yàn)思考題1.漏氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？2.實(shí)驗(yàn)中，充氣壓力選得過(guò)大或過(guò)小，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？3.空氣的濕度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？4.在定容加