绝热膨胀法测量空气比热容比实验的探讨

李宏康，孙国川，邱 菊，薛红玲

(北京工业大学 a.建筑工程学院;b.应用数理学院，北京 100022)

比热容比是描述气体热力学性质的重要参数,是定压比热容Cp与定容比热容CV之比，即

(1)

在热力学理论及工程技术应用等方面有着重要作用，比如天然气运输过程中的安全阀计算及喷管的设计，经常需要知道气体比热容比；计算热机的效率时也涉及到比热容比. 空气比热容比的测量方法有绝热膨胀法、振动法、共振法、声速测量法等. 空气比热容比测量是大学物理实验课中开设比较普遍的热学实验，其中以绝热膨胀法测量空气比热容比的实验居多.

1 绝热膨胀法测量空气比热容比的方法和原理

如图1所示，实验采用FD-NCD型空气比热容比测量仪，由扩散硅压力传感器、AD590集成温度传感器、电源、容积为10 L的玻璃瓶、气球及导线等组成. 瓶内气体的温度和压强可以通过温度传感器和压差传感器测量并在主机上以电压的形式显示.

图1 空气比热容比测量仪

大学物理实验中采用的绝热膨胀法测量空气比热容比实验的过程如图2所示.

图2 气体状态变化过程

测量时首先向封闭的瓶内打气，此时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高. 等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时的气体处于状态Ⅰ(p1，V1，T0). 之后迅速打开放气阀，使瓶内气体与大气相通，当瓶内压强降至p0时，立刻关闭放气阀. 由于放气过程较快，可以认为瓶内保留的气体经历了绝热膨胀的过程，由状……