空氣絕熱指數(shù)的測(cè)定.doc

實(shí)驗(yàn)一 空氣絕熱指數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉用絕熱膨脹、定容加熱基本熱力過(guò)程與工作原理測(cè)量空氣絕熱指數(shù)k的實(shí)驗(yàn)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，氣體的定壓比熱容和定容比熱容之比被定義為該氣體的絕熱指數(shù)，并以表示，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)律測(cè)定空氣絕熱指數(shù)，該實(shí)驗(yàn)過(guò)程的圖，如圖1所示。圖1圖中AB為絕熱膨脹過(guò)程；BC為定容加熱過(guò)程。因?yàn)锳B為絕熱過(guò)程，所以 （1）BC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）式兩邊次方得 （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、，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)氣囊4對(duì)有機(jī)玻璃容器1進(jìn)行充氣至狀態(tài)A，由U型管壓力計(jì)3測(cè)得狀態(tài)A的表壓(mmH2O)，如圖狀態(tài)A。選取容器內(nèi)的氣體作為研究對(duì)象，其體積為，壓力為，溫度為。壓力穩(wěn)定后，通過(guò)放氣閥門(mén)5突然放氣并迅速關(guān)閉，使其壓力與大氣壓力相平衡，此時(shí)的氣體膨脹至整個(gè)容器（體積為），膨脹過(guò)程結(jié)束后，（大氣壓力）。由于此過(guò)程進(jìn)行得十分迅速，忽略過(guò)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（、）絕熱膨脹至狀態(tài)B（、）（注意等于容器體積，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，持續(xù)約30分鐘左右，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 (、)。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(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)方法及步驟1. 認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，對(duì)照實(shí)物熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，了解實(shí)驗(yàn)原理。2. 在閥門(mén)5開(kāi)啟的情況下（容器與大氣相通），用醫(yī)用注射器將蒸餾水注入U(xiǎn)型管壓力計(jì)3至120150mm左右的水柱高。水柱內(nèi)應(yīng)不含氣泡，如有氣泡，應(yīng)設(shè)法排除。3. 調(diào)整裝置的水平位置，使U型管壓力計(jì)3兩水管中的水柱高在一個(gè)水平線(xiàn)上。4. 關(guān)閉閥門(mén)5，把備帽擰緊。5. 檢查裝置的氣密性。方法是：1）通過(guò)充氣閥對(duì)剛性容器充氣至狀態(tài)A，使（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(mǎn)足要求，讀出的值。2）若有變化，則說(shuō)明裝置漏氣，應(yīng)將放氣閥門(mén)5的錐形塞拔出，抹上一些真空油，可改善密封性，抹油后安裝就位，把備帽擰緊。重復(fù)步驟1）。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)讀出的值。6.右手突然打開(kāi)放氣閥門(mén)5放氣，并迅速關(guān)閉（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)始前要多練習(xí)幾次）。7.持續(xù)30分鐘左右，待容器內(nèi)空氣溫度與大氣溫度一致時(shí)，即U型管差壓計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后，讀出。8.重復(fù)上述步驟3次以上，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，并求值（取其平均值）。注意：氣囊往往要漏氣，充氣后必須用夾子將膠皮管加夾緊。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(huà)，比較麻煩。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（N/m3），實(shí)驗(yàn)時(shí)大氣壓力為（mmH2O）。因此，狀態(tài)A的壓力可表示為，狀態(tài)B的壓力可表示為，狀態(tài)C的壓力可表示為。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(mmH2O)，且，因此有，。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)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=mmHg。實(shí)驗(yàn)