测定空气比热容
c/c气体比热容比的测定(振动法) pv
实验目的:
1(理解热力学过程中状态变化及基本物理规律;
2. 学会用振动法测定空气的比热容比。
实验原理:
基本原理如图1所示:
图1 实验基本原理
,,c/ccc气体的定压比热容与定容比热容之比 在热力pvpv
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，测定物体在特定容器中的振动周期来计算值。
振动物体小钢球A的直径比玻璃管B的直径仅小0.01-0.02mm，所以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C，并插入一根细管，通过它各种气体可以注入到烧瓶中。
为了补偿由于空气阻尼引起振动物体A 振幅的衰减，因此通过C 管一直注入一个小气压的气流。在精密玻璃管B 中的中央开设有一
个小孔。当振动物体A 处于小孔下方的半个振动周期时，注入气体使容器内压力增大，引起物体A上下振动，而当物体A 处于小孔上方的半个周期时，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。
设钢球A的质量为m ，半径为r (直径为d )，当瓶子内压力P 满
mg
pp,，l足下面条件时，刚球A处于力平衡状态， 2,r
p式中为大气压力。若物体偏离平衡位置一个较小距离x ，则容器l
内的压力变化dp
2dx2m,,rdp物体的运动方程为: (1) 2dl
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
,=常数 (2) pV
pdv,dp,,将(,)式求导数得出 V
2dV,,r (3) 将(,)代入(,)式得 :
224dxrp,,
，,x,0 2mVdt
24rp,,2,,,,此式即为熟知得简谐振动方程，它得解为 : mVT
64mV,,即: 4
Tpd
,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(例氩)只有三个平均自由度，双原子气体(例氮)除上述三个平均自由度外，还有两个转动自由度，对多原子气体，则只有三个转动自由度。
,,(f，2)/f比热容比与自由度f得关系为:，理论上得出:
单元子气体(Ar, He) f=3 =1.67 ,
双原子气体(N, H, O) f=5 =1.40 ,222
多原子气体(CO, CH) f=6 =1.33 且与温度无关 ,24
实验仪器:
振动主体、多功能数字计时仪(分50次，100次二档)、微型气泵、大气压力计、缓冲瓶
图2 振动法测量气体比热容比实验装置
本实验装置中主要装置系玻璃制成，且对玻璃管的要求特别高，振动物体的直径仅比玻璃管的内径小0.01mm左右，因此振动物体
表
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面不允许擦伤。
实验
内容
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及主要步骤:
1、 用螺旋测微器测量备用小球(不可取出管道内的小球，以免损
坏仪器)直径10次。
2、 测量大气压强(实验开始前，结束各测一次，取平均值) 3、 用物理天平测量备用小球的质量。
4、 利用小气泵作为气源，测定空气的比热容比(可近似为双原子
气体)，振动次数选50次，重复测10次。
注意事项:
1、 为确保光电门正常工作，小球运动过程中必须能遮挡光电门间
隙内的红外线发射管和红外线接收管之间的红外线，且确保光
电门不在强光环境下工作。
2、 为确保小球平衡位置以下的气体体积V=Vo，小球运动必须以通
气孔为平衡位置。
3、 为确保小球作简谐振动，必须尽量使玻璃管竖直，从而减小小
球和玻璃管内壁之间的摩擦力。
4、 为确保小球不从玻璃管内冲出而损坏实验仪器，请在打开电源
前先将空气泵调至通气速率最小，然后根据实验需要细心调节
空气泵。
思考
题
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:
1、 如果压强增大，气体比热容比将发生什么变化, 2、 为什么始终大于1,
3、 如果振动物体的周期较长，
公式
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还适用吗,为什么,
浙公网安备 33021202002483