定容比热容

定容比热容的定义为

对上式积分可以得出

定压比热容是指将1 Kg气体在压力不变时，温度升高或降低1℃（1k）时，工质吸收或放出的热量。

定压比热容和定容比热容的定义式都适用于一切工质。

由于气体翟定压下受热要膨胀，所吸热量在使热力学能增加的同时，还要克服外力做功，因而定压比热容大于定容比热容，其差值就是使1 Kg气体在定压下升温的过程中对外所做的喷张工。

定压比热容过程可以理解为两个假想的分过程，即首先使1 Kg气体在定容的情况下升温dT，此时工质的吸热量为

显然有下式成立

另外，

定容比热容计算对象为气体。因为气体在压强不变的条件下，当温度升高时，气体一定要膨胀而对外作功，除升温所需热量外，还需要一部分热量来补偿气体对外所作的功，因此，气体的定压比热容比定容比热容要大些。由于固体和液体在没有物态变化的情况下，外界供给的热量是用来改变温度的，其本身体积变化不大，所以固体与液体的定压比热容和定容比热容的差别也不太大。因此也就不需要区别了。

比热容比指的是定压比热Cp与定容比热Cv之比，通常用符号γ表示，即γ=Cp/Cv，是描述气体热力学性质的一个重要参数。

绝热膨胀法测量空气的比热容比

（1）实验原理：

过程图如下：

I→II是绝热过程，由绝热过程方程得

状态I和状态III的温度均为T₀，由气体状态方程得

合并式两式，消去V1、V2得

由上式可以看出，只要测得P₀、P₁、P₂就可求得空气的绝热指数γ，即得到比热容比。

（2）实验仪器

（3）实验步骤

1、关闭放气阀A，打开充气阀B，用充气球向瓶内打气，使三位半数字电压表示值升高到100mV～150mV。然后关闭充气阀B，观察、的变化，经历一段时间后，指示值不变时，记下Po，此时瓶内气体近似为状态I。

2、打开放气阀。用气压计测定大气压强，用水银温度计测环境室温。开启电源，让电子仪器部件预热20分钟，然后旋转调零电位器旋钮，把用于测量空气压强的三位半数字电压表指示值调到“0”，并记录此时四位半数字电压表指示值。

3、迅速打开放气阀A，使瓶内气体与大气相通，由于瓶内气压高于大气压，瓶内∆V体积的气体将突然喷出,发出“嗤”的声音。当瓶内空气压强降至环境大气压强时（放气声刚结束），立刻关闭放气阀A，这时瓶内气体温度降低，状态变为II。

4、当瓶内空气的温度上升至温度T时，且压强稳定后，记下P2,此时瓶内气体近似为状态III。

5、记录室内大气压，根据P0、P1、P2，可以求出比热容比。

（4）注意事项

1、实验中贮气玻璃瓶及各仪器应放于合适位置，最好不要将贮气玻璃瓶放于靠桌沿处，以免打破。

2、转动充气阀和放气阀的活塞时，一定要一手扶住活塞，另一只手转动活塞，避免损坏活塞。

3、实验前应检查系统是否漏气，方法是关闭放气阀A，打开充气阀B，用充气球向瓶内打气，使瓶内压强升高1000Pa～2000Pa左右(对应电压值为20mV～40mV)，关闭充气阀B，观察压强是否稳定，若始终下降则说明系统有漏气之处，须找出原因。

4、做好本实验的关键是放气要进行的十分迅速。即打开放气阀后又关上放气阀的动作要快捷，使瓶内气体与大气相通要充分且尽量快底完成。注意记录电压值。

振动法测定空气的比热容比

（1）实验原理

实验是通过测定小球在储气瓶玻璃管中的振动周期来测定空气的比热容比。

式中d为小球的直径，P为大气压强，T为室温，V为体积，m为小球的质量。

（2）实验仪器

（3）实验步骤

1.仪器调整

将气泵、储气瓶用橡皮管连接好，装有钢球的玻璃管插入球形储气瓶。将光电接收装置利用方形连接块固定在立杆上，固定位置于空芯玻璃管的小孔附近。 调节底板上三个水平调节螺钉，使底板处于水平状态。 接通气泵电源，缓慢调节气泵上的调节旋钮，数分钟后，待储气瓶内注入一定压力的气体后，玻璃管中的钢球离开弹簧，向管子上方移动，此时应调节好进气的大小，使钢球在玻璃管中以小孔为中心上下振动。

2、实验测量

设置：接通计时仪器的电源及光电接收装置与计时仪器的连接。打开计时仪器，预置测量次数为50次。（如需设置其它次数，可按“置数”键后，再按“上调”或“下调”键，调至所需次数，再按“置数”键确定。本实验按预置测量次数进行，不需要另外置数。）

测量：按“执行”键，即开始计数（状态显示灯闪烁）。待状态显示灯停止闪烁，显示屏显示的数字为振动50次所需的时间。重复测量5次。

其它测量

用螺旋测微计测出钢球的直径d，重复测量5次。

用物理天平称出钢球的质量m，左右盘各称一次。

3.记录室温和大气压和容器的体积；

根据公式求出空气的比热容比；

估算测量的不确定度。

（4）注意事项

若钢球不作简谐振动，可以调节气泵上面的气流调节阀门，直到钢球在玻璃管上小孔附近作稳定的谐振动。

接通电源后若不计时或不停止计时，可能是光电门位置放置不正确，造成钢球上下振动时未挡光，或者是外界光线过强，须适当挡光。

本实验装置主要系玻璃制成，且对玻璃管的要求特别高，振动钢球的直径仅比玻璃管内径小0.01mm左右，因此钢球表面不允许擦伤，在测量钢球质量和直径是要注意轻拿轻放，还要防止钢球表面粘上灰尘。2100433B

描述气体同外界交换热量时，体系温度变化特性的物理量。计算由N个同类分子组成的理想气体系统的比热容，通常先求出玻耳兹曼统计中分子的配分函数q：然后将系统内能在体积V保持不变的情况下对温度T求导得出定容热容：　若将式中N换成阿伏伽德罗数,就得出定容摩尔热容，亦称定容摩尔比热容。

对理想气体，根据热力学公式即可求得定压热容CP0。

分子由原子组成,原子由原子核和核外电子组成,配分函数的分子能级εi中应包含这些组成因素。原子核由于自旋方位不同的各态之间能量差，在产生原子光谱中是一种超精细结构，且核自旋同电子壳层的相互作用极其微弱，所以其影响在热力学过程中一般可以忽略。电子则由于所处的最低能级同最邻近的次高能级之差远比nT为大，激发它很困难，当温度改变时，它仍处在基态，对于热容就没有贡献。在不考虑具有核衰变的原子的情况下，配分函数公式中的εi只有分子作为整体的质心平动、整体的转动和内部原子间的相对振动这三部分的能量。①平动部分。平动能级的相对间距微不足道，分子作热运动时总可看作是连续的，所以平动部分对热容的贡献可用能量均分定理来处理。分子的平动自由度对定容热容的贡献是而定容摩尔比热容是（以下均指定容摩尔比热容），R是摩尔气体常数。②转动部分。组成多原子分子的原子愈重或数量愈多，转动惯量就愈大，转动的量子效应也就愈显现不出来。一般只考虑低温下较轻双原子分子气体转动的量子性；其他多原子分子或重原子的双原子分子一般可作经典处理。③振动部分。绝大多数的多原子分子在常温下振动能级间距比热运动能量kT大得多，也不容易激发它参与热运动，所以对比热容也没有贡献；只有在高温时才有贡献；温度再高时可作经典处理。事实上，多于两个原子组成的气体分子几乎都不可能达到经典处理时的温度，因为这时多原子分子已经分解了。