空氣比熱容比的測定氣體的定壓比熱容與定容比熱容之比稱為氣體的絕熱指數(shù)，它是一個重要的熱力學(xué)常數(shù)，在熱力學(xué)方程中經(jīng)常用到，本實驗用新型擴散硅壓力傳感器測空氣的壓強，用電流型集成溫度傳感器測量空氣的溫度變化，從而得到空氣的絕熱指數(shù)?！緦嶒?zāi)康摹?用絕熱膨脹法測定空氣的比熱容比。2觀測熱力學(xué)過程中狀態(tài)變化及基本物理規(guī)律。3了解壓力傳感器和電流型集成溫度傳感器的工作原理及使用方法?！緦嶒炘怼繉?mol理想氣體的定壓比熱容CP和定容比熱容CV之間關(guān)系如下： CP-CV=R （R為氣體普適常數(shù)） （1）氣體的比熱容比為： = （2）氣體的比熱容比也稱為氣體的絕熱系數(shù)，在熱力學(xué)過程特別是絕熱過程中是一個很重要的物理量。如圖1所示，我們以貯氣瓶內(nèi)空氣（近似為理想氣體）作為研究對象，定義P0為環(huán)境大氣壓強、T0為室溫以及V2為儲氣瓶體積，進行如下實驗過程： 圖1實驗儀器簡圖（1）首先打開放氣閥A，使儲氣瓶與大氣相通，再關(guān)閉A，則瓶內(nèi)將充滿與周圍空氣等溫等壓的氣體。（2）打開充氣閥B，用充氣球向瓶內(nèi)打氣，充入一定量的氣體，然后關(guān)閉充氣閥B。此時瓶內(nèi)空氣被壓縮，壓強增大，溫度升高。等待內(nèi)部氣體溫度穩(wěn)定，且達到與周圍環(huán)境溫度相等，定義此時的氣體處于狀態(tài)（,）。（3）迅速打開放氣閥A，使瓶內(nèi)氣體與大氣相通，當(dāng)瓶內(nèi)壓強降至?xí)r，立刻關(guān)閉放氣閥A，由于放氣過程較快，瓶內(nèi)氣體來不及與外界進行熱交換，可以近視認為是一個絕熱膨脹的過程。此時，氣體由狀態(tài)I（,）轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)（,）。（4）由于瓶內(nèi)氣體溫度低于室溫，所以瓶內(nèi)氣體慢慢從外界吸熱，直至達到室溫為止，此時瓶內(nèi)氣體壓強也隨之增大為，氣體狀態(tài)變?yōu)椋?）。從狀態(tài)狀態(tài)的過程可以看作是一個等容吸熱的過程。氣體狀態(tài)的過程如圖2所示： 圖2 氣體狀態(tài)過程變化狀態(tài)狀態(tài)是絕熱過程，由絕熱過程方程得： （3）狀態(tài)和狀態(tài)的溫度均為T0，由氣體狀態(tài)方程得： （4）合并式（1）、式（2），消去，得 （5）由式（5）可以看出，只要測得、就可求得空氣的絕熱指數(shù)?！緦嶒瀮x器】一、DH-NCD- 空氣比熱容比測定儀本實驗儀器由測試儀、擴散硅壓力傳感器、電流集成溫度傳感器AD590、充氣閥、放氣閥、充氣球、玻璃儲氣瓶，如圖3所示： 1.放氣閥A 2.充氣閥B 3.擴散硅壓力傳感器 4.AD590集成溫度傳感器 5.玻璃儲氣瓶6.充氣球 7.壓強顯示電壓表 8. 擴散硅壓力傳感器接口 9.調(diào)零電位器 10.溫度傳感器接口11.溫度顯示電壓表 儲氣瓶組件 測試儀 圖3 DH-NCD-空氣比熱容比測定儀1擴散硅壓力傳感器擴散硅壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的器件，也就是在單晶硅的基片上用擴散工藝(或離子注入及濺射工藝)制成一定形狀的應(yīng)變元件，當(dāng)它受到壓力作用時，應(yīng)變元件的電阻發(fā)生變化，從而使輸出電壓變化。本儀器將輸出電壓進行放大，與三位半200mV數(shù)字電壓表相連，它顯示的是容器內(nèi)的氣體壓強大于容器外環(huán)境大氣壓的壓強差值，靈敏度為20mV/KPa，測量精度為5Pa，測量范圍為0-10KPa。設(shè)外界環(huán)境大氣壓為P0，容器內(nèi)氣體壓強為P，則： P=P0+U/2000 (6)其中電壓U的單位為mV，壓強P、P0的單位為105Pa2. AD590集成溫度傳感器 AD590是一種新型的半導(dǎo)體溫度傳感器，測溫范圍為-50C150C，由于AD590精度高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補償。該傳感器的工作電壓為4V30V，輸出阻抗10M。當(dāng)加上電壓后，這種傳感器起恒流源的作用，其輸出電流與傳感器所處的溫度成線性關(guān)系。如用攝氏度t表示溫度,則輸出電流為 （7）式中：=1A/C ；I0標(biāo)稱值為273.2uA，實際略有差異。本儀器AD590的測溫原理圖如圖4所示，在回路中串接一個適當(dāng)阻值的電阻R，轉(zhuǎn)化為電壓U，由公式IU/R算出輸出的電流，從而得出溫度值。儀器內(nèi)部串接R=5K精度為0.1%標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻，可產(chǎn)生5mV/C的電壓信號，將此電壓接2V量程四位半數(shù)字電壓表（最小分辨率為0.1mV）,則測溫最小分辨率為0.02C。 圖4 AD590測溫原理圖【主要技術(shù)參數(shù)】1、儲氣瓶：最大容積10L，由玻璃瓶、放氣閥、充氣閥以及充氣球等組成；2、 采用擴散硅壓力傳感器測量氣體壓強，測量范圍大于環(huán)境氣壓0-10KPa，靈敏度20mV/ Kpa，顯示系統(tǒng)采用三位半200.0mV數(shù)字電壓表；帶超壓報警功能；3、電流集成溫度傳感器AD590， 靈敏度1uA/；儀器內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)電阻測溫精度0.2，顯示系統(tǒng)采用四位半2.0000V數(shù)字電壓表，最小分辨率0.1mV；4、內(nèi)置測溫傳感器電源6V，取樣電阻內(nèi)接5K標(biāo)準(zhǔn)電阻；【實驗內(nèi)容】 1.按圖3原理連接實驗電路，電源機箱后面的開關(guān)撥向“內(nèi)接”，即測溫傳感器取樣標(biāo)準(zhǔn)電阻內(nèi)接5K。打開放氣閥A，使儲氣瓶內(nèi)空氣壓強與外界環(huán)境空氣壓強相等。開啟電源，讓測試儀預(yù)熱20分鐘，然后調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使測量空氣壓強的三位半數(shù)字電壓表UP顯示為“000.0”，并記錄此時測量溫度的四位半數(shù)字電壓表UT0（mV）。（也可以用實驗室標(biāo)準(zhǔn)氣壓計測定環(huán)境大氣壓強P0，用水銀溫度計測量環(huán)境溫度T0。） 2.關(guān)閉放氣閥A，打開充氣閥B，用充氣球向瓶內(nèi)注氣，使壓強測試電壓表示值升高到100mV150mV。然后關(guān)閉充氣閥B，觀察UT和UP的變化，經(jīng)歷一段時間后，當(dāng)UT和UP指示值均不變時，記下此時的UP1和UT1（單位為mV），此時瓶內(nèi)氣體近似為狀態(tài)I（P1，T1）。(T1近似為T0，但往往略高于T0，因為穩(wěn)態(tài)平衡時間很長) 3.迅速打開放氣閥A，當(dāng)瓶內(nèi)空氣壓強降至環(huán)境大氣壓強P0時（放氣聲結(jié)束），立刻關(guān)閉放氣閥A，這時瓶內(nèi)氣體溫度降低，狀態(tài)變?yōu)镮I（P0，V2，T1）。4.當(dāng)瓶內(nèi)空氣的溫度上升至溫度T0時，且壓強穩(wěn)定后，記下此時的UP2以及UT2（單位為mV），此時瓶內(nèi)氣體近似為狀態(tài)III（P2，V2，T2）。(T2近似為T0)5.打開放氣閥A,使貯氣瓶與大氣相通，以便于下一次測量。6.把測得的電壓值UP1、UT1、UP2、UT2（以mV為單位）填入表格1，對應(yīng)的氣體壓強按照 P1=P0+UP1/2000和P2=P0+UP2/2000計算得出。依公式，計算空氣的絕熱指數(shù)值。表1P0（105Pa）UP1UT1UP2UT2P1（105Pa）P2（105Pa） 7.重復(fù)步驟26，再進行2次測量，比較多次測量中氣體的狀態(tài)變化有何異同，并計算。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，測得的=1.363，理論值為=1.402，測量值與理論值百分比誤差為： 【注意事項】1. 妥善放置儲氣玻璃瓶以及玻璃閥門，避免破損。2. 實驗前應(yīng)檢查系統(tǒng)是否漏氣，方法是關(guān)閉放氣閥A，打開充氣閥B，用充氣球向瓶內(nèi)打氣，使瓶內(nèi)壓強升高一定壓強，關(guān)閉充氣閥B，觀察壓強是否穩(wěn)定，若始終下降則說明系統(tǒng)有漏氣之處。 4. 打開放氣閥A，當(dāng)放氣結(jié)束后要迅速關(guān)閉放氣閥，提前或推遲關(guān)閉閥門都將引入較大誤差。一般放氣時間約零點幾秒，可以通過放氣聲音進行判斷。5.