第五章 热学实验 热学实验是大学物理实验中的重要内容。在理想热学实验中，应遵循两条基本原则：其一是保持系统为孤立系统；其二是测量一个系统的状态参量时，应保证系统处于平衡态。我们的实验内容设计了对空气的比热容比进行测定。 §5.1 空气比热容比的测定 气体的定压比热容与定容比热容之比称为气体的绝热指数，它是一个重要的热力学常数，在热力学方程中经常用到，本实验用新型扩散硅压力传感器测空气的压强，用电流型集成温度传感器测空气的温度变化，从而得到空气的绝热指数；要求观察热力学现象，掌握测量空气绝热指数的一种方法，并了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。
       【预习重点】
      1．了解理想气体物态方程，知道理想气体的等温及绝热过程特征和过程方程。
      2．预习定压比热容与定容比热容的定义，进而明确二者之比即绝热指数的定义。 3．认真预习实验原理及测量公式。【实验目的】 1．用绝热膨胀法测定空气的比热容比。 2．观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。
   3．了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。【实验原理】 理想气体的压强 P、体积 V 和温度 T 在准静态绝热过程中， 遵守绝热过程方程：PV 等于恒量，其中 是气体的定压比热容 C P 和定容比热容 CV 之比，通常称 C P / CV 为该气体的比热容比（亦称绝热指数） 。 如图 5.1.1 所示，我们以贮气瓶内空气（近似为理想气体）作为研究的热学系统，试进行如下实验过程。
      -1- （1）首先打开放气阀 A，贮气瓶与大气相通，再关闭 A，瓶内充满与周围空气同温（设为 T0 ）同压（设为 P0 ）的气体。 （2）打开充气阀 B，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀 B。此时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时的气体处于状态 I（ P V1 T0 ） 1 。 （3）迅速打开放气阀 A，使瓶内气体与大气相通，当瓶内压强降至 P0 时，立刻关闭放气阀 A，将有体积为ΔV 的气体喷泻出贮气瓶。 由于放气过程较快，瓶内保留的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热膨胀的过程。 在此过程后瓶中的气体由状态 I P V1 T0 ） （ 1 转变为状态 II P0 V2 T1 ） V2 为 （ 。贮气瓶容积， V1 为保留在瓶中这部分气体在状态 I 图 5.1.1 试验装置简图（ P T0 ）时的体积。 1 （4）由于瓶内气体温度 T1 低于室温 T0 ，所以瓶内气体慢慢从外界吸热，直至达到室温T0 为止，此时瓶内气体压强也随之增大为 P2 。则稳定后的气体状态为 III（ P2 V2 T0 ）。从状态 II→状态 III 的过程可以看作是一个等容吸热的过程。由状态 I→II→III 的过程如图5.1.2 所示。