气体比热容比的测定.doc

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1、气体比热容比的测定(FB212型气体比热容比测定仪)实验讲义5杭州精科仪器有限公司气体比热容比的测定比热容是物质的重要参量，在研究物质结构、确定相变、鉴定物质纯度等方面起着重要的作用。本实验将介绍一种较新颖的测量气体比热容的方法。【实验目的】测定空气分子的定压比热容与定容比热容之比值。【实验原理】气体的定压比热容与定容比热容之比，在热力学过程特别是绝热过程中是一个很重要的参数，测定的方法有好多种。这里介绍一种较新颖的方法，通过测定物体在特定容器中的振动周期来计算值。实验基本装置如图1所示，振动物体小球的直径比玻璃諧振腔直径仅小。它能在此精密的玻璃諧振腔中上下移动，在储

2、气瓶的壁上有一充气孔，并插入一根细管，通过它各种气体可以注入到储气瓶中。钢球的质量为，半径为（直径为），当瓶子内压力满足下面条件时，钢球处于力平衡状态，这时，式中为大气压强。为了补偿由于空气阻尼引起振动物体振幅的衰减，通过B管不断注入一个小气压的气流，在精密玻璃諧振腔的中央开设有一个小孔。当振动物体A处于小孔下方的半个振动周期时，注入气体使储气瓶内压力增大，引起物体向上移动，而当物体处于小孔上方的半个振动周期时，容器内的气体将通过小孔流出，使储气瓶内压力减小从而使物体下沉。以后重复上述过程，只要适当控制注入气体的流量，物体能在玻璃諧振腔的小孔上下作简谐振动，振动周期可

3、利用光电计时装置来测得。若物体偏离平衡位置一个较小距离，则容器内的压力变化，物体的运动方程为：（1）因为物体振动过程相当快，所以可以看作绝热过程，绝热方程：（2）将（2）式求导数得出：5，（3）将（3）式代入（1）式得：此式即为熟知的简谐振动方程，它的解为：(4)式中各量均可方便测得，因而可算出值。由气体运动论可以知道，值与气体分子的自由度有关，对单原子气体（如氩气）只有三个平均自由度，双原子气体（如氢气）除上述3个平均自由度外还有2个转动自由度。对多原子气体，则具有3个转动自由度，比热容比与自由度的关系为。根据理论公式可以得到下面的结论，该数据与测试环境温度无关。单

4、原子气体（，）双原子气体（，，）多原子气体（，）本实验装置主要由玻璃制成，而且对玻璃管（钢球简谐振动腔）的要求特别高，振动物体不锈钢球的直径为，仅比玻璃管内径小左右，玻璃管内壁有灰尘微粒都可能引起不锈钢球不能正常振动，因此振动物体（不锈钢球）表面不允许擦伤，管内必须保持洁净。不锈钢球静止时停留在玻璃管的下方（用弹簧托住）。若要将其取出，只需在它振动时，用手指将玻璃管壁上的小孔堵住，稍稍加大气体流量不锈钢球便会上浮到管子上方开口处，用手可以方便地取出，也可以将玻璃管从储气瓶II上取下，将不锈钢球倒出来。振动周期采用可预置测量次数的数字计时仪，采用重复多次测量。振动物体直

5、径采用螺旋测微计测出，质量用物理天平称量，储气瓶II容积由实验室给出，大气压力由气压表自行读出，并换算成国际单位制（）。注：。【实验仪器】FB212型气体比热容比测定仪一套。其结构和连接方式见图2：5【实验内容】1．实验仪器的调整：（1）将空压机、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。本实验仪提供的空压机是二路独立的，一般情况下，只需要采用单通道供气，（注意，另一路敞开，不能堵住）。在碰到一路气量不足时，可以用三通把二路出口并联使用，但此时要注意把气泵的调节开关逆时针调小一些，避

6、免气压太大把钢球冲出。（2）接通空压机电源，缓慢调节空压机上的调节旋钮，数分钟后，待储气瓶内注入一定压力的气体后，玻璃管中的钢球浮起离开弹簧，向管子上方移动，此时适当调节进气的大小，使钢球在玻璃管中以小孔为中心上下振动，即维持简谐振动状态。2．振动周期测量：接通A型数显计数计时毫秒仪的电源，把光电接收装置与毫秒仪连接。合上毫秒仪电源开关，预置测量次数为次（次）（可根据实验需要从次任意设置），设置计数次数时，可分别按“置数”键的十位或个位按钮进行调节，（具体操作参看附录），设置完成后自动保持设置值，（直到再次改变设置为止）。在不锈钢球正常振动的情况下，按“执行”键，毫秒

7、仪即开始计时，每计量一个周期，周期显示数值逐1递减，直到递减为时，计时结束，毫秒仪显示出累计个（个）周期的时间。（毫秒仪计时范围：。）重复以上测量次，将数据记录到表2中。3．其它物理量的测量：用螺旋测微计和物理天平分别测出钢球的直径和质量，其中直径重复测量次。注：（1）装有钢球的玻璃管上端有一黑色护套，防止实验时气流过大时，导致钢球冲出。如需测钢球的质量可先拔出护套，取出钢球，待测量完毕，钢球放入后，重新装好护套。（2）若不能启动计时或不能停止计时，可能原因是光电门位置放置不正确，造成钢球上下振动时未能挡光，如果因外界光线过强，影响光电门的正常逻辑关