第24卷第12期

　2005年12月

实验室研究与探索

RESEARCHANDEXPLORATIONINLABORATORY

Vol.24No.12　

Dec.2005　

空气比热容比测定实验的系统误差分析及压强修正

于永江

(烟台师范学院物理与电子工程学院,山东烟台264025)

摘　要:分析了空气比热容比测定实验的系统误差,提供一种对“绝热膨胀过程”中由于不完全绝热而引起的系统误差进行修正的实验方法。

关键词:比热容比;系统误差;修正中图分类号:O552.3

文献标识码:B

文章编号:1006-7167(2005)12-0025-03

AnalysisoftheSystemErrorandPressureCorrection

inAirSpecificHeatRatioMeasuringExperiment

YUYong-jiang

(Dept.ofPhysicsandElectronicEng.,YantaiNormalCollege,YantaiShandong264025,China)

Abstract:Thesystemerrorsintheexperimentofmeasuringairspecificheatratiowasanalyzedandtheexperimentalmethodforcorrectionwaspresented.Thecorrectionismadetothesystemerrorcausedbyaslightheatabsorptionintheprocessofheatinsulation.

Keywords:specificheatratio;systemerror;correction

1　引　言

空气的定压比热容CP和定容比热容CV之比称为空气的比热容比,也称空气的绝热指数,用γ表示,它在热力学理论及工程技术的实际应用中起着重要的作用,例如:热机的效率及声波在空气中的传播特

性等都与空气的比热容比γ有关,它的理论值γ=1.402。空气比热容比测定实验,可以使学生更好地观察和理解热力学过程的等温过程和绝热过程等规律,但我们使用上海复旦天欣科教仪器有限公司提供的实验仪器,对空气比热容比进行多次测定,发现γ值接近但始终小于1.402,存在一定的误差,为此,笔者对实验系统进行分析并研究了对系统误差进行校准的方法。此系统误差校准方法可供相关的热学实验参考。

图1　实验仪器

[1～4]

2　实验简介

图1为实验仪器实物图,图2为实验过程状态变

图2　实验过程状态变化P-V图

收稿日期:2005-02-22

作者简介:于永江(1966-),男,山东莱阳人,学士,副教授,主要从事大学物理和光学实验教学与研究.Tel:13225457193;E-mail:l化的P-V图。把原处于环境大气压强P0及室温T0下的空气状态称为状态O(P0,T0)。实验过程中,关闭、,(P0,

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　　　　实　验　室　研　究　与　探　索

第24卷　

T0)状态下的空气经进气阀压入贮气瓶中。打气速度很快时,此过程可近似为一个绝热压缩过程,瓶内空气压强增大、温度升高。关闭进气阀,气体压强稳定后,达到状态Ⅰ(P10,T1)。随后,瓶内气体通过容器壁和外界进行热交换,温度逐步下降至室温T0,达到状态Ⅱ(P1,T0),这是一个等容放热过程。迅速打开放气阀,使瓶内空气与外界大气相通,当压强降至P0时立即关闭放气阀,此过程进行非常快时,可近似为一个绝热膨胀过程,瓶内空气压强减小、温度降低;气体压强稳定后,瓶内空气达到状态Ⅲ(P0,T2)。随后,瓶内空气通过容器壁和外界进行热交换,温度逐步回升至室温T0,达到状态Ⅳ(P2,T0),这是一个等容吸热过程。整个实验过程可表示为:

O(P0,T0)①绝热压缩※Ⅰ(P10,V1,T1)

②等容放热※Ⅱ(P1,V1,T0)③绝热膨胀※Ⅲ(P0,V2,T2)④等容吸热※Ⅳ(P2,V2,T0)

其中过程①、②对测定γ没有直接影响;这两个过程的目的是获取温度等于环境温度T0的压缩空气,同时可以观察气体在绝热压缩过程及等容放热过程中的状态变化。对测定结果有直接影响的是③、④两个过程。

Ⅱ(P1,V1,T0)※Ⅲ(P0,V2,T2)是一个绝热膨胀过程,满足理想气体绝热方程:

P1V1=P0V2

气体状态方程:

P1V1=P2V2

将(1)和(2)两式消去V1和V2可得:

logP1-logP0

γ=

logP1-logP2

(3)(2)

γ

γ

5P′

(×10Pa)T1和T2为AD590　　其中,P=P02000

集成温度传感器测的温度值,测量的是AD590串联电阻上的电压(单位mv),串联电阻为5kΨ欧姆,知道了AD590输出电流,便知道瓶内温度。表1显示,每次γ测定值都小于理论值1.402,存在一定的误差。

4　误差的产生和分析

　　(1)实验时的工作物质是空气而非理想气体,它所遵循的状态变化规律与理想气体所遵循的变化规律存在差异,用理想气体的状态方程来推导空气比热容比的计算公式,其结果存在理论近似误差。但实验过程中气压小些,误差可忽略。

(2)实验装置中玻璃材料组件的端面之间均采用粘结方式,由于粘结面大、接头多,在移动和温度湿度变化的情况下,会产生极细微的泄漏。在实验前可以通过延长观测时间,观察压强是否变化,检测泄漏,可判别是否泄漏或泄漏程度,以提高实验精确性。

(3)压力传感器、温度传感器及数字电压表本身灵敏度对测量结果会有影响但较小,也可以忽略。

(4)Ⅱ(P1,V1,T0)※Ⅲ(P0,V0,T2)过程中很难准确判断放气过程是否结束,提前或推迟关闭放气阀的时间都将影响实验结果。要求多次练习,提高实验技能,避免实验误差。

(5)Ⅱ(P1,V1,T0)※Ⅲ(P0,V0,T2)过程,实际上并非严格绝热膨胀过程,系统不可避免地从环境吸收了部分热量,这必将影响实验结果。

影响本实验的多项误差因素中,前四项都可以忽略或避免,对实验结果的测定不会产生明显的影响,但Ⅱ(P1,V1,T0)※Ⅲ(P0,V0,T2)非严格的绝热膨胀过程引起的系统误差是不可避免的,下面重点分析。

(1)

Ⅱ(P1,V1,T0)和Ⅳ(P2,V2,T0)温度相等,满足理想

5　非严格的绝热膨胀过程引起的系统误差

Ⅱ(P1,V1,T0)※Ⅲ(P0,V0,T2)的膨胀过程中,瓶内 …… 此处隐藏：3407字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……