气体比热容比的测定实验讲义(FB2l2 型气体比热容比测定仪) 杭州精科仪器有限公司 FB212 型气体比热容比测定仪装箱清单型号规格单位数量备注 FB2 13 型数显计时计数毫秒仪台1 测试架台1 含光电门总成储气瓶固定杆总成圆柱形储气瓶只1 含橡皮塞 1只空芯钢管 2支球形储气瓶只1 含长玻璃管,内装弹簧、不锈钢珠皮管根2 内径 6mm , L=50cm ACO 一 9602 气泵只1 橡胶垫块2 电源线根1 实验讲义( 说明书) 本1 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γ值。【实验原理】气体的定压比热容 Cp 与定容比热容 Cv 之比γ=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。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γ值。实验基本装置如图 1 所示, 振动物体小球的直径比玻璃管直径仅小 ~, 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 2r gmPP L?????, 式中 P L 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γ值。由气体运动论可以知道,γ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γ与自由度 f 的关系为 f f2???。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(Ar , He) f=3 r= 双原子气体(N 2,H 2,0 2) f=5 r= 多原子气体(C0 2, CH 4) f=6 r= 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 lmm 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
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