测定空气的比热容比
一．目的要求１．学习测定空气定压比热容与定容比热容之比的一种方法；２．实地考察热力学系统状态变化过程的特征。３．学习用传感器精确测定气体压强和温度的原理与方法。二．引言一般地说，同种物质可以有不同的比热容，不仅物质的比热容与其温度有强烈的依赖关系，而且还取决于外界对物质本身所施加的约束。当压力恒定时可得物质的定压比热容cp，体积一定时可得物质的定容比热容cV。二者都是热力学过程中的重要参量，因此又称它们为主比热容。cp及cV一般是温度的函数，但当实际过程所涉及的温度范围不大时，二者均近似地视为常数。对于理想气体，二者之间满足如下关系：
cpcVR。由上式立即可以得出一个热力学中的重要物理量γ：
γ
cpcV
1
RcV
281
其中，R表气体普适常数；表气体的摩尔质量；γ称为气体的主比热容之比（简称比比热容比）热容比。它在绝热或近于绝热的过程中有许多应用。例如：气体的突然膨胀或压缩以及声音在气体中的传播都与该比值有关。此外，气体的定容比热容一般不易用实验的方法直接测量，但若用实验测得了γ及cp，cV也就易于求得了。由于所研究的过程并非准静态过程，所以，由该实验所测得的结果比较粗糙；但其方法简单，而且有助于加深对热力学过程中状态变化的了解。同时通过本实验还可以学习用传感器精确测定气体压强和温度的原理与方法。三．原理以比大气压pa稍高的压力p1，向玻璃容器压入适量空气，并以与外部环境温度Te相等之时单位质量的气体体积称为比体积或比容作为V1，用图281中的Ⅰp1V1Te表示这一状态。而后，急速打开放气活塞“B”，亦即使其绝热膨胀，降至大气压强pa，并以状态ⅡpaV2T2表出。由于是绝热膨胀，T2Te；所以，若再迅速关闭活塞“B”、并放置一段时间，系统则将从外界吸收热量，且温度重新升高至Te；因为吸热过程中体积V2不变，所以，压力将随之增加为p2，即系统又变至状态Ⅲ（p2V2Te）。因状态Ⅰ→Ⅱ的变化是绝热的，故满足泊松公式：本实验就是用克列曼和迭索尔姆（Cleme
tDesarmes）方法测定空气的比热容比γ。
p1V1γpaV2γ
282
202
f而状态Ⅲ与Ⅰ是等温的图中由虚线表出，所以，玻意耳定律成立，即：
p1V1p2V2
由式282及283消去V1V2，并求解得：
283
γ
l
p1l
pal
p1pal
p1l
p2l
p1p2

284
可见，只要测得压强p1pa及p2，就可求出γ。如以p1和p2r