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文檔簡介
實驗一 空氣絕熱指數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?.熟悉用絕熱膨脹、定容加熱基本熱力過程與工作原理測量空氣絕熱指數(shù)k的實驗方法。2.通過實驗,培養(yǎng)運(yùn)用熱力學(xué)基本理論處理實際問題的能力。3.通過實驗,進(jìn)一步加深對剛性容器充氣、放氣現(xiàn)象的認(rèn)識。二、實驗原理在熱力學(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。本實驗利用定量氣體在絕熱膨脹過程和定容加熱過程中的變化規(guī)律測定空氣絕熱指數(shù),該實驗過程的圖,如圖1所示。圖1圖中AB為絕熱膨脹過程;BC為定容加熱過程。因為AB為絕熱過程,所以 (1)BC為定容過程,所以。假設(shè)狀態(tài)A與C所處的溫度相同,對于狀態(tài)A、 C可得: (2)將(2)式兩邊次方得 (3)比較(1)、(3)兩式可得 將上式兩邊取對數(shù),可得 (4)因此,只要測出A、B、C三個狀態(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、實驗設(shè)備本實驗的實驗設(shè)備如圖2所示。實驗時,通過氣囊4對有機(jī)玻璃容器1進(jìn)行充氣至狀態(tài)A,由U型管壓力計3測得狀態(tài)A的表壓(mmH2O),如圖狀態(tài)A。選取容器內(nèi)的氣體作為研究對象,其體積為,壓力為,溫度為。壓力穩(wěn)定后,通過放氣閥門5突然放氣并迅速關(guān)閉,使其壓力與大氣壓力相平衡,此時的氣體膨脹至整個容器(體積為),膨脹過程結(jié)束后,(大氣壓力)。由于此過程進(jìn)行得十分迅速,忽略過程的熱交換,因此可認(rèn)為此過程為定量氣體的絕熱膨脹過程,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,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,此過程可認(rèn)為是定容加熱過程。此時容器內(nèi)氣體的壓力可由U形差壓計測得(mmH2O)。至此,被選為研究對象的氣體,從A經(jīng)過絕熱膨脹過程至B,又經(jīng)過定容加熱過程至C,且狀態(tài)A、 C所處的溫度同為環(huán)境溫度,實現(xiàn)了圖1中所示的過程。圖2 實驗設(shè)備示意圖圖3 氣體熱力過程示意圖四、實驗方法及步驟1. 認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書,對照實物熟悉實驗設(shè)備,了解實驗原理。2. 在閥門5開啟的情況下(容器與大氣相通),用醫(yī)用注射器將蒸餾水注入U型管壓力計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3兩水管中的水柱高在一個水平線上。4. 關(guān)閉閥門5,把備帽擰緊。5. 檢查裝置的氣密性。方法是:1)通過充氣閥對剛性容器充氣至狀態(tài)A,使(mmH2O)左右,過幾分鐘后觀察水柱的變化,若不變化,說明氣密性滿足要求,讀出的值。2)若有變化,則說明裝置漏氣,應(yīng)將放氣閥門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,將給實驗結(jié)果帶來較大的誤差,同時讀出的值。6.右手突然打開放氣閥門5放氣,并迅速關(guān)閉(在氣流流出的聲音“拍”消失的同時關(guān)上排氣閥,此時,恰到好處,實驗操作者在實驗正式開始前要多練習(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,即U型管差壓計的讀數(shù)穩(wěn)定后,讀出。8.重復(fù)上述步驟3次以上,將實驗中采集的數(shù)據(jù)填在實驗數(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、計算公式如果將前述的(4)式直接用于實驗計算的話,比較麻煩。因此,針對我們的實驗條件,現(xiàn)將(4)式進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?。設(shè)U型管差壓計的封液(水)的重度為(N/m3),實驗時大氣壓力為(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)實驗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)式可簡化為 (6)這即為利用本實驗裝置測定空氣絕熱指數(shù)的簡化(近似)計算公式。六、實驗數(shù)據(jù)記錄和整理室溫ta= ,大氣壓力=mmHg。實驗
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