1、实验 02new 气体比热容比的测定气体的比热容比 （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 =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 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上下移动，在瓶子的壁上有一小口，并插
2、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 2 Lmgr，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
3、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：22 dmrpt（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 rPV常 数（2）将（2）式求导数得出： pd， 2 rx （3）将（3）式代入（1）式得：240dxrpxtmV此式即为熟知的简谐振动方程，它的解为：24rpT2224446VVNTtdt(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 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
4、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 i 的关系为 i。 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） 3i 671.双原子气体（ 2N， ， 2O） 5 40多原子气体（ C， 4） 6i 3. 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 14.00mm，仅比玻璃管内径小 0.01mm 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
5、，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 =1.0132510 5N/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：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
6、 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接。本实验仪提供的气泵是二路独立的，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，可以用三通把二路气泵出口并联使用，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 FB213 型数显计数计时毫秒仪的电源，气泵开始工作，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
7、玻璃管中以小孔为中心上下振动，即维持简谐振动状态。二振动周期测量预置 FB213 型数显计数计时毫秒仪的测量次数为 50 次，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，设置完成后自动保持设置值。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 个周期的时间。重复以上测量 6 次，将数据记录到表 1 中。三钢球直径与质量测量 将钢球取出：在钢球振动时，取下装有钢球的玻璃管上端的黑色护套。把右手放在装有钢球的玻璃管上端；左手稍稍加大气体流量后，将其手指堵住玻璃管壁上的小孔，
8、不锈钢球便会上浮到管子上方开口处，用右手可以方便地取出钢球，也可以将玻璃管从储气瓶II 上取下，将不锈钢球倒出来。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 6 次，质量单次测量。注意：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。本实验另配了一个金属球，可以以此代替玻璃管中的金属球。2、本实验仪器容器的容积由制造厂提供，标注在每台仪器上。数据与处理1、钢球振动周期 T：表 1 设置测量周期个数 N= 周期的不确定度： 次数项目 1 2 3 4 5 6平均值 T(s)N 周期时间 t (s) 振动周期 T (s)2、钢珠质量、直径表 2 千分尺零点读数： mm 直径最小分度：0.005mm次数项目 1 2 3 4 5 6 平均值平均修正值直径 d (10-3m)质量 m(10-3Kg) 最小分度3、仪器容积及环境大气压 仪器容积：2500ml 环境大气压： mmHg4、在忽略储气瓶体积 V 和气压 P 测量不确定度的情况下评估空气的不确定度。 5、数据处理：实验结果
