[發(fā)明專利]一種測量不同溫度下空氣的比熱容比的裝置及方法

無效

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• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號(hào): CN101840650A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常相輝;邱春蓉;王輝;馮先富;劉斌;張永文
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B23/12
• 分類號(hào): G09B23/12;G01N25/20
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，涉及一種測量空氣比熱容比的裝置，特別涉及一種測量不同溫度下空氣的比熱容比的裝置，以及利用此裝置進(jìn)行不同溫度下空氣比熱容比測量的方法。

背景技術(shù)

通常情況下，同種物質(zhì)可以有不同的比熱容，物質(zhì)的比熱容不僅與溫度有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系，而且還取決于外界對(duì)物質(zhì)本身所施加的約束。當(dāng)壓力恒定時(shí)可得物質(zhì)的比定壓熱容C_P，體積一定時(shí)可得物質(zhì)的比定容熱容C_V。氣體的比定壓熱容C_P與比定容熱容C_V之比稱為該氣體的比熱容比(用γ表示)，比熱容比在熱力學(xué)過程特別是絕熱過程中是一個(gè)很重要的參數(shù)。《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》是工科和理科本科生的必修課程之一，而《空氣比熱容比測量》這一熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)在我國許多高校的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》中開設(shè)率較高，一般采用絕熱膨脹法測定空氣的比熱容比。空氣比熱容比測量裝置由如下幾個(gè)部分組成：儲(chǔ)氣瓶(包括玻璃瓶、進(jìn)氣活塞、橡皮塞)、兩只傳感器(擴(kuò)散硅壓力傳感器和電流型集成溫度傳感器各一只)、測空氣壓強(qiáng)的數(shù)字電壓表、測空氣溫度的數(shù)字溫度表。該實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用率高，修讀大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的同學(xué)大部分都會(huì)選作。

在指導(dǎo)《空氣比熱容比測量》實(shí)驗(yàn)的過程中，發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)所采用的現(xiàn)有測量空比熱容比的裝置存在以下不足：一是由該裝置所測得的空氣比熱容比值僅為某一時(shí)段內(nèi)室溫條件下的值，而氣體比熱容比是一個(gè)隨著氣體溫度變化而改變的物理量，本實(shí)驗(yàn)設(shè)備無法反映這一物理現(xiàn)象；二是本實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程在3個(gè)小時(shí)以上，期間室溫由于各種原因是不斷變化的，即無法保證室溫維持在某一固定溫度，也就無法確切得到某一溫度下的空氣比熱容比值；三是本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)有設(shè)備中儲(chǔ)氣瓶內(nèi)的氣體處于密封狀態(tài)，瓶內(nèi)溫度與瓶外溫度的平衡過程比較長，必須等待瓶內(nèi)氣體狀態(tài)完全穩(wěn)定后才能讀數(shù)，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。以上不足削弱了該實(shí)驗(yàn)本應(yīng)取得的教學(xué)效果，也是學(xué)生針對(duì)本實(shí)驗(yàn)所反映的焦點(diǎn)問題之一，如能克服上述不足，不僅能豐富本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容，而且還能提高同學(xué)們對(duì)本實(shí)驗(yàn)的積極性，保證教學(xué)效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測量不同溫度下空氣的比熱容比的裝置以及利用此裝置進(jìn)行不同溫度下空氣比熱容比測量的方法。

所述測量不同溫度下空氣的比熱容比的裝置的具體技術(shù)方案為，一種可在不同溫度下測量空氣比熱容比的裝置，包括儲(chǔ)氣瓶、置于瓶內(nèi)的壓力傳感器和溫度傳感器，所述儲(chǔ)氣瓶上固定有加氣部件及放氣部件，其特征在于，還包括一個(gè)設(shè)置在儲(chǔ)氣瓶周圍的顯溫控溫裝置，該顯溫控溫裝置包括熱浴容器、電加熱器件、溫度傳感器和微控制器，其中溫度傳感器固定放置在熱浴容器內(nèi)用于實(shí)時(shí)測量其溫度并反饋給微控制器，微控制器與電加熱器件、溫度傳感器電連接。

上述比熱容比測量裝置中增加的顯溫控溫裝置的熱浴介質(zhì)采用水或油，瓶內(nèi)空氣溫度的改變可以通過改變水溫或油溫來實(shí)現(xiàn)，而水溫或油溫可以通過傳感器系統(tǒng)保持在較準(zhǔn)確的范圍內(nèi)，當(dāng)溫度低于最低設(shè)定溫度，電加熱器自動(dòng)開啟；當(dāng)溫度高于最高設(shè)定溫度，電加熱器自動(dòng)關(guān)閉。該裝置還可以通過數(shù)碼管或LCD或發(fā)光二極管對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，使溫度信息更加直觀，方便使用者。

所述壓力傳感器為數(shù)字?jǐn)U散硅壓力傳感器，所述溫度傳感器為數(shù)字半導(dǎo)體溫度傳感器。所述加氣和放氣部件通過設(shè)置在儲(chǔ)氣瓶口的橡皮塞固定，加氣部件為打氣球，打氣球與儲(chǔ)氣瓶之間還設(shè)置有一個(gè)進(jìn)氣閥門；放氣部件為氣閥活塞。

本發(fā)明所述測量不同溫度下空氣比熱容比的方法，使用安裝有上述顯溫控溫裝置的比熱容比測量裝置，所述測量不同溫度下空氣比熱容比的方法包括以下步驟：

1)裝置正常待機(jī)后，打開儲(chǔ)氣瓶上放氣部件，使瓶內(nèi)壓強(qiáng)與外部環(huán)境大氣壓強(qiáng)P₀平衡；通過顯溫控溫裝置的微控制器設(shè)定熱浴保溫溫度T₀，并等待溫度穩(wěn)定至T₀；

2)關(guān)閉儲(chǔ)氣瓶的放氣部件，通過加氣部件將空氣壓入儲(chǔ)氣瓶，等待瓶內(nèi)空氣溫度恢復(fù)至T₀，記錄此時(shí)瓶內(nèi)空氣壓強(qiáng)P₁；

3)迅速打開放氣部件，當(dāng)儲(chǔ)氣瓶中空氣的壓強(qiáng)下降至環(huán)境大氣壓強(qiáng)P₀時(shí)，迅速關(guān)閉放氣部件；待儲(chǔ)氣瓶內(nèi)溫度恢復(fù)至T₀，記錄此時(shí)瓶內(nèi)空氣壓強(qiáng)P₂；

4)通過公式計(jì)算溫度為T₀時(shí)的空氣比熱容比