气体比热容比的测定.docVIP

word...专业技术行业资料 PAGE 2 范文范例学习参考指导 气 体 比 热 容 比 的 测 定 (FB212型气体比热容比测定仪) 实 验 讲 义 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： ， （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： 【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