实验一 气体定压比热容测定实验

一．实验目的

　　1•  了解气体比热测定装置的基本原理和构思。

　　2•  熟悉本实验中测温、测压、测热、测流量的方法。

　　3•  掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。

　　4•  分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。

二．实验原理

　　由于气体的实际定压比热是随温度的升高而增大，它是温度的复杂函数。实验表明，理想气体的比热与温度之间的函数关系甚为复杂，但总可表达为：
　　式中 a、 b、 e等是与气体性质有关的常数。在离开室温不很远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线形的，假定在 0 -300 ℃ 之间，空气真实定压比热与温度之间进似地有线性关系：

则温度由t1 至t2 的过程中所需要的热量可表示为：

由 t1加热到 t2的平均定压比热容则可表示为：

若以（ t1 +t2 ）/2 为横坐标， 为纵坐标（如下图所示），则可根据不同温度范围的平均比热确定截距 a 和斜率 b, 从而得出比热随温度变化的计算式 。

三 . 实验设备

　　1 ．整个实验装置由风机，流量计，比热仪本体，电功率调节及测量系统共四部分组成，如图一所示。

　　2 ．比热仪本体如图二所示。 由内壁镀银的多层杜瓦瓶 2 、进口温度计 1 和出口温度计 8 （铂电阻温度计或精度较高的水银温度计）电加热器 3 和均流网 4 ，绝缘垫 5 ，旋流片 6 和混流网 7 组成。气体自进口管引入，进口温度计 1 测量其初始温度，离开电加热器的气体经均流网 4 均流均温，出口温度计 8 测量加热终了温度，后被引出。该比热仪可测 300 ℃ 以下气体的定压比热。

四．实验方法及数据处理

　　1 ．接通电源及测量仪表，选择所需的出口温 度计插入混流网的凹槽中。

　　2 ．摘下流量计上的温度计，开动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度（ t 0 ）和湿球温度（ t w ）。

　　 3 ．将 温度计插回流量计，调节流量，使它保持在额定值附近。逐渐提高电压，使出口温度升高至预计温度 [ 可以根据下式预先估计所需电功率： W ≈ 12 Δt / τ 。式中 W 为电功率（瓦）； Δt 为进出口温度差（ ℃ ）； τ为每流过 10 升 空气所需时间（秒） ] 。

　　4 ．待出口温度稳定后（出口温度在 10 分钟之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定），读出下列数据：每 10 升 气体通过流量计所需时间（τ，秒）；比热仪进口温度（ t 1 , ℃ ）和出口温度（ t 2 , ℃ ）；当时大气压力（ B ，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（ Δh ， 毫米水柱 ）；电热器的电压（ V ，伏）和电流（ I ，毫安）。

　　5 ．据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的焓湿图查出含湿量（ d ，克 / 公斤 干空气） , 并计算出水蒸汽的容积成分 。

　　6 ．电热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算，但要考虑电表的内耗。如果伏特表和毫安表采用图一所示的接法，则应扣除毫安表的内耗。设毫安表的内阻为 R mA 欧，则可得电热器单位时间放出的热量为 。

　　7 ．水蒸气和干空气质量流量的计算，可按理想气体 处理。

五．注意事项

　　1 ．切勿在无空气流通过的情况下使用电加热器工作，以免引起局部过热而损坏比热仪。

　　2 ．电加热器输入电压不得超过 220V ，气体出口温度不得超过 300 ℃ 。

　　3 ．加热和冷却缓慢进行，以防止温度计和比热仪本体因温度骤升骤降而破损；加热时要先启动风机，再缓慢提高加热器功率，停止试验时应先切断电加热器电源，让风机继续运行 10 至 20 分钟。

　　4 ．实验测定时，必须确信气流和测定仪的温度状况稳定后才能读数。

六、实验报告

　　1 ．简述实验原理和仪器构成原理。

　　2 ．列表给出所有原始数据记录。

　　3 ．列表给出实验结果（数据处理，要附有例证）。

　　4 ．与下述经验方程比较

　　　　其中： T 为空气的绝对温度， K 。

　　5 ．分析造成实验误差的各种原因，提出改进方案；

七、思考题

　　1 ．在本实验中，如何实现绝热？

　　2 ．气体被加热后，要经过均流、旋流和混流后才测量气体的出口温度，为什么？简述均流网、旋流片和混流网的作用？

　　3 ．尽管在本实验装置中采用了良好的绝热措施，但散热是不可避免的。不难理解，在这套装置中散热主要是由于杜瓦瓶与环境的辐射造成的。你能否提供一种实验方法（仍利用现有设备）来消除散热给实验带来的误差？