[发明专利]空气比热容比绝热压缩测量法

说明书

技术领域

本发明涉及物理实验技术领域，特别是空气比热容比的测量。

背景技术

空气比热容比是大学物理实验的一个经典实验，大学物理实验的特点是：要求学生在3-4学时完成多个数据的测量，上课时老师一般要讲解，学生对实验仪器熟悉要花一定的时间，留给做实验的时间大致就2-3学时，在这样短的时间完成实验，则空气容器的绝热条件就不能太严格，严格后等待绝热压缩或绝热膨胀后的气体通过散热或吸收回到室温的时间就太长，所以现在的空气比热容比的测量大多数采用的是玻璃容器。

在测量上采用的是测量相同温度下，打气前和打气后回到相同温度的压强，或者膨胀前与膨胀后回到相同温度的压强。

玻璃容器的热交换太快，一般打气速度跟不上，无法采用绝人压缩法来测量空气比热容比；通常采用绝热膨胀法测量空气比热容比，绝热膨胀要求的放气速度要快到可以忽略，否则就会导致测量值偏小，而通常的放气时间都在1秒左右，通常测量值都偏小5%-10%。

发明内容

为克服散热和吸热带来的测量值偏小，本发明采用绝热性能比较好的材料，通过测量绝热压缩后缓慢散热到打气时温度的压强值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

假设室内的气体压强为P₁、室温为T₁，则绝热压缩第一个状态是（P₁、V₁、T₁）；绝热压缩到第二个状态是（P₂、V₂、T₂），其中绝热压缩后的压强是P₂，V₂是气体容器的体积，T₂是绝热压缩后气体的温度；缓慢散热到第三个状态是（P₃、V₂、T₁），其中P₃是气体温度降低到室温T₁的压强，空气绝热方程是

                                                 

其中 是空气比热容比，由于第一状态和第三状态的温度相同，则空气的状态方程是

 

 状态方程的 次方与绝热方程相除，由于压强相对大气压而言变化比较小，得到压强变化与空气比热容比的关系是

只需要测量三个状态的压强差，就可以测量空气比热容比。

实验实例：使用高密度聚氨酯塑料管，管径4mm，管壁厚度1mm，长度5m，绝热压缩打气完成时的压强是357hpa(其中hPa=100Pa) ，6天后的室温相同时的压强值是246hpa ，成都的大气压值为960hPa，空气比热容比=ln（960/(960+357)）/ln(960/(960+246))=1.386，与理论值1.402比较接近。 

其实，在2天后相同的室温就可以测量管内气体压强，然后通过管内气体压强的变化计算空气比热容比；但实验中要判断是否有漏气现象，实验中要注意各个接头位置的密封，避免漏气，漏气的判断是通过几天的观察，如果气体压强是在波动则没有漏气，如果压强值一直在减小则有漏气。

本发明的有益效果是：由于高密度聚氨酯的拉伸模量可以达到1GPa数量级，绝热压缩的气压差一般在10-20KPa，压缩气体对高密度聚氨酯塑料管的形变影响可以忽略；高密度聚氨酯的导热性能极差，因此可以达到较好的绝热效果；测量时间2天相对于大多数的科学实验也是不长的，对于能够准确获取比热容比的值也是值得的，真正实现了绝热条件。