基本信息
- 项目名称：
- 空气比热容比测定实验的研究及仪器改进探究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 气体的比热容比是一个重要的热力学参量，也叫泊松比。测定比热容比在绝热过程的研究中有许多应用，在处理热力学过程及热力学方程中经常用到。传统测量空气比热容比的方法实验误差较大，而且一些人为因素无法得到较好的消除。本课题在传统实验仪器及方法的基础上，对实验操作方法、数据采集、处理及实验仪器等进行改进，减小实验误差，增加人为的可控制性和可操作性获得丰富的数据信息，为热学实验教师和学生提供可靠的实验依据。
- 详细介绍：
- 气体的比热容比是一个重要的热力学参量，也叫泊松比。测定比热容比在绝热过程的研究中有许多应用，如气体的突然膨胀或压缩，以及声音在气体中传播等都与比热容比有关，在处理热力学过程及热力学方程中经常用到。传统测量空气比热容比的方法实验误差较大，而且一些人为因素无法得到较好的消除。本课题在传统实验仪器及方法的基础上，对实验操作方法、数据采集、处理及实验仪器等进行改进，减小实验误差，增加人为的可控制性和可操作性获得丰富的数据信息，使用计算机数学处理软件对数据的实时观察与处理可以清晰的获得气体热力学状态参量的变化过程，通过曲线的拟合可知，系统的压强与温度的关系更好的符合幂指数的关系，对压强的紧密控制可以使实验者更为精确的测量数据，从而大大减小实验误差，为热学实验教师和学生提供可靠的实验依据。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目前的大学物理实验对空气比热容比的测量采用Clement-Desormes装置，传统测量空气比热容比的方法实验误差较大，而且一些人为因素无法得到较好的消除。本课题通过大量的实验研究获得了大量可靠的实验数据，以及在原有仪器加入计算机系统、压力传感系统、温度传感系统等从而获得大量可靠的实验信息。既提高了实验的精确性，同时也保留了本实验的特色。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题在传统实验仪器及方法的基础上，对实验操作方法、数据采集、处理及实验仪器等进行改进，减小实验误差，增加人为的可控制性和可操作性，获得丰富的数据信息，使用计算机数学处理软件对数据的实时观察与处理可以清晰的获得气体热力学状态参量的变化过程，对压强的紧密控制可以使实验者更为精确的测量数据，既提高了实验的精确性，同时也保留了本实验的特色。
应用价值和现实意义
- 本课题通过数据的大量采集得到有效的实验范围，通过仪器的改进大大减小实验误差，为热学实验教师和学生提供可靠的实验依据。实验方法准确，物理意义清晰，是一个较好的综合性实验示例，为实验教师提供科学靠可得理论和实验依据，为学生开设本实验提供测量数据精度的最佳方案、思路和实验设备，进一步提高实验结果的准确性，减小误差，加深对气体的摩尔热容量或摩尔热容比的认识。
学术论文摘要
- 气体的比热容比是一个重要的热力学参量，传统的测量空气比热容比的实验误差较大，而且一些人为因素无法得到较好的消除。本文在传统实验方法的基础上进行实验研究，增加人为的可控制性和可操作性获得丰富的数据信息，通过改变不同的客观条件，得到各个不同条件下的实验结果，找到减小误差的方法和途径，最终确定可行的实验条件，从而大大减小实验误差，为实验教师和学生提供可靠的理论和实验依据。
获奖情况
- 发表于《甘肃科技纵横》期刊
鉴定结果
- 已经发表
参考文献
- [1] 传感器在测量空气比热容比实验中的应用,实验科学与技术, 2004年04期 [2] 利用单片微机实现对“空气比热容比”实验的过程控制,天津轻工业学院学报 , 1999年02期
同类课题研究水平概述
- 空气比热容比测量（即气体绝热指数测量）是普通物理教学中的一个重要实验，已经被列入高校普通物理实验教学大纲中。国内外一些普通物理实验教材中对气体比热比值的测量都有介绍，大多用开口U型水银压力计或水压力计测量气体压强，用水银温度计测量温度，由于压强测量准确度不高，所以测量结果是比较粗略的，实验误差较大。 本实验在目前国内的实验方法仍旧比较的单一和落后，主要由于实验设计时的本身的缺陷和国内的实验装置的智能化程度不高，导致实验结果的误差较大。国外目前有通过单晶片控制的智能化较高的实验装置，通过使用这种装置，能比较大的程度上提高实验的精确度，很值得我们的借鉴和学习。 现在我国的学生有较为扎实的理论知识的功底但是很缺乏动手的能力，如此发展下去只能是纸上谈兵，终究不能做出实际的成果来，所以本实验的发展趋势既是既要提高实验的精确性，也要同时保留甚至应该更加渲染本实验的特色。要提高实验的精确性，就要提高实验装置的智能化，但是在提高实验装置的智能化的同时不能压缩实验步骤，只要是能够体验实验思想精髓的步骤要统统的保留，这样才能在提高实验精确度的基础上充分的锻炼学生的动手能力。 本项目采用了数据采集的应用软件，使压力传感器，温度传感器与数据接口相连接，并设置采样频率，然后快速提升活塞或压缩活塞，计算机就按采样频率提升活塞或压缩活塞，并可以显示绝热膨胀或压缩过程的p-T曲线，得到数据后再用MATLAB程序进行数据曲线拟合便可以得到气体的摩尔热容量与摩尔热容比的变化关系。 为了解决压强变化过快的问题，我们可将压力传感电子控制装置应用在阀门部位。现基本的思路是设计一个电路，电路与压力传感器相连，待到压力传感器的读数高于或低于某一数值时电路可以自动接通，驱动位于阀门处的机械联动装置带动阀门的开合，这样即可以实现压强的电子控制，大大提高实验数据的准确性。
