气体比热容比的测定实验。.docVIP

浙江中医药大学 学生物理实验报告 实验名称 气体比热容比的测定 学 院 信息技术学院 专 业 医学信息工程 班 级 一班 报告人 学 号 同组人 学 号 同组人 学 号 同组人 学 号 理论课任课教师 实验课指导教师 实 验 日 期 报 告 日 期 实 验 成 绩 批 改 日 期 浙江中医药大学信息技术学院物理教研室 实验目的 测定空气分子的定压比热容与定容比热容之比 实验仪器 1.DH 4602气体比热气体比热容比测定仪 2.支撑架 3.密玻璃容器 4.气泵 实验原理 气体的定压比热容CP与定容比热容CV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10-1所示，振动物体小球的直径比玻璃管直径仅小0.01~0.02mm。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烧瓶中。 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为大气压力。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，注入气体使容器的内压力增大，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Δp，物体的运动方程为： （10-1） 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 （10-2） 将（10-2）式求导数得出： ， （10-3） 将（10-3）式代入（10-1）式得 此式即为熟知的简谐振动方程，它的解为 　 (10-4) 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数有关，对单原子气体（如氩）只有三个平均自由度，双原子气体（如氢）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f的关系为 。 理论上得出： 单原子气体（Ar，He） f=3 双原子气体（N2，H2，O2） f=5 多原子气体（CO2，CH4） f=6 且与温度无关。 本实验装置主要系玻璃制成，且对玻璃管的要求特别高，振动物体的直径仅比玻璃管内径小0.01mm左右，因此振动物体表面不允许擦伤。平时它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，稍稍加大气流量物体便会上浮到管子上方开口处，就可以方便地取出，或将此管由瓶上取下，将球倒出来。 振动周期采用可预置测量次数的数字计时仪（分50次，100次二档），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，烧瓶容积由实验室给出，大气压力由气压表自行读出，并换算N/m2。 实验步骤 1．接通电源，调节气泵上气量调节旋钮，使小