实验2气体比热容比的测定

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1、气体比热容比的测定实验讲义（FB212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 1 3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=50cmACO 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

2、Y值。【实验原理】气体的定压比热容Cp与定容比热容Cv之比Y =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驶茬有B计算Y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0.010.02mm,它能在此精密的玻璃管中，件泮人：二：上下移动，在瓶子的壁上有一小口，并插入一根细管，通过一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m * gP = P +，式中pl为大气压强。为了补偿由于空气L

3、n * r 2 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：m 芥-ut * dp(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PVr =常数将(2

4、)式求导数得出:dp =将(3)式代入(1)式得:di巴yr八“0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Y值。由气体运动论可以知道，Y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Y与自由度f的关系为丫 =。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=3r=1.67双原子气体(N2, H2，02)f=5r=1.40多原子气体(C02, CH4)f=6r=1.33本实验装置主要由玻璃制成

5、，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14.00mm,仅比玻璃管内径小0. 0 1mm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

6、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=l. 013X105N/m2）。【实验仪器】FB212型气体比热容比测定仪一套。其缔构和连接方式见图2：亂曜气陣化吏吝比测审仪实勒照片说明:1周期数设置；2周期数显示；3. 复位及执行键；4. 计时显示；5. 空压机；6. 储气瓶I；7. 光电门;8. 钢球简谐振动腔;9. 不锈钢球：10. 小弹簧；11. 储气瓶II；12. 仪器底座;13. 气压调节器：【实验内容】一、实验仪器的调整1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

7、置于空芯玻璃管的小孔附近。当气泵的压力足够大时， 为避免气压太大把钢球冲出，气泵出口的三通可暂时不用，采用单通道供气。2. 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。二. 振动周期测量接通FB213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50次（N次）（可根据实验需要从199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，（注意数字调节只能按进位操

8、作）， 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0 时，计时结束，毫秒仪显示出累计50个（N个）周期的时间。（毫秒仪计时范围：O99. 999s， 分辨率1ms。）重复以上测量5次，将数据记录到表2中。三其它测量用螺旋测微计和物理天平分别测出钢球的直径d和质量m,其中直径重复测量5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

9、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系,可拉上窗帘适当遮光, 问题即可解决。3. 本实验仪器容器的容积由制造厂提供(V = 2500ml )。(每台仪器上有标注)。 【数据与结果】平均值： m + m + m + m + mm = 123455，不确定度：j,E(m 一 m)2i(n -1)1.求钢珠质量、直径及其不确定度：表1-次数 项目、12345平均值质量m (X10-3Kg)直径d(X10-3m)结果：m A (x10-3 kg)d + d + d + d + d平均值：d = 2545m不确定度：A =(di -1)2d(n 1)结果：d A (mm)表2dt钢球震动周期：Ti = n，周期平均值：T =-+ ：+ T4 + 4、次数项目12345平均值N周期时间 t (s)振动周期T (s)设置测量周期个数N=502.求算钢球振动周期T：不确定度：结果： T AT(S)3、在忽略储气瓶II体积V、大气压P测量误差的情况下估算空气的比热容比及其不确定度y ay【思考题】1. 注入气体流量的多少对小球的运动情况有没有影响?2. 在实际问题中，物体振动过程并不是十分理想的绝热过程，这时测得的值比实际值大还是 小?为什么?