空气比热容比的测定实验
报告
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学生物理实验报告
实验名称 气体比热容比的测定
学 院 专 业 班 级
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
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
, DH 4602气体比热气体比热容比测定仪
, 支撑架
, 密玻璃容器
, 气泵
, 计时器
实验原理
气体的定压比热容C与定容比热容C之比。在热力学过程特别是绝热,,C/CPVPV
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
mgPPA处于力平衡状态。这时,式中P为大气压力。为了补偿由于空气阻尼,,LL2,r
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
2dx2为: (10-1) m,,r,p2dt
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
r (10-2) PV,常数
将(10-2)式求导数得出:
p,,V2,p,, , (10-3) ,V,,rx
V
将(10-3)式代入(10-1)式得
224dx,rp, ,x,0 2dtmV
此式即为熟知的简谐振动方程,它的解为
24rp,,2, ,,,mVT
4mV64mV (10-4) ,,,2424TprTpd
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
f,2度,比热容比与自由度f的关系为, 。 理论上得出: ,,f
,,1.67单原子气体(Ar,He) f=3
,,1.40双原子气体(N,H,O) f=5 222
,,1.33多原子气体(CO,CH) f=6 24
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
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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
252出,大气压力由气压表自行读出,并换算N/m。 (760mmHg,1.013,10N/m)
实验步骤
, 接通电源,调节气泵上气量调节旋钮,使小球在玻璃管中以小孔为中心上下振动
注意,气流过大或过小会造成钢珠不以玻璃管上小孔为中心的上下振动,调节时
需要用手当住玻璃管上方,以免气流过大将小球冲出管外造成钢珠或瓶子损坏。 , 打开周期计时装置,次数设置为50次,按下执行按钮后即可自动
记录
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振动50次
周期所需的时间。
, 若不计时或不停止计时,可能是光电门位置放置不正确,造成钢珠上下振动时未
挡光,或者是外界光线过强,此时须适当挡光。
, 重复以上步骤五次(本实验仪器体积约为200ml)。
, 用螺旋测微计和物理天平分别测出钢珠的直径d和质量m,其中直径重复测量五
次。
实验数据与结果
, 需测定的值有:钢珠质量m,钢珠做简谐运动的周期T,钢珠的直径d。 , 可知,密玻璃容器的体积V为2450ml。
一 二 三 四 五 平均 钢珠质量11.4 11.4 11.4 11.4 11.4 11.4 m/g
周期T 0.581 0.582 0.582 0.5815 0.582 0.59185 直径d/mm 13.990 13.989 13.991 13.990 13.992 13.990
4mV64mV, = 1.398 ,,2424TprTpd
实验结果
分析
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,,1.40 空气的比热容比约为1.398,与双原子气体(N,H,O) f=5 222
接近。
教师评语