气体比热容比的测定.doc

气体的比热容比g(也称绝热指数)在许多热力学过程特别是绝热过程是物质的一个很重要热力学参量。实验目的1、学习测定空气比热容比的方法;2、熟练掌握物理天平和螺旋测微器的使用方法;3、熟练掌握直接测量值和间接测量值不确定度的计算。实验原理气体的定压比热容Cp与定容比热容CV之比g=Cp/CV,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。本实验是通过测定物体在特定容器中的振动周期来计算g值。实验基本装置如图1所示,~。它能在此精密的玻璃管中上下移动,在瓶子的壁上有一小口,并插入一根细管,通过它各种气体可以注入到储气瓶II中。钢球A的质量为m,半径为r(直径为d),当瓶子内压力P满足下面条件时,钢球A处于力平衡状态,这时,式中PL为大气压强。为了补偿由于空气阻尼引起振动物体A振幅的衰减,通过C管一直注入一个小气压的气流,在精密玻璃管B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II的内压力增大,引起物体A向上移动,而当物体A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A能在玻璃管B的小孔上下作简谐振动,振动周期可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x,则容器内的压力变化dp,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:,(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g值。由气体运动论可以知道,g值与气体分子的自由度i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g与自由度i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,,,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Pa(N/m2)。(注:760mmHg=×105N/m2)。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:、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II。将气泵的供电电源插座与FB213型数显计数计时毫秒仪相连。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。光电接收装置与毫秒仪连