空气比热容比的测定

空气比热容比的测定

1、学会一种测定空气比热容比的方法。

2、学会正确使用物理天平和千分尺。

3、掌握直接测量值和间接测量值不确定度的计算。 1、千分尺和物理天平的正确使用方法。 2、气体比热容比的概念和不确定度的计算。 讲解、讨论与演示相结合。 3学时。

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。气体的定压比热容和定体比热容的比值v p C C 称为比热容比γ。气体的γ值在许多热力学过程特别是绝热过程中是一个很重要的参数。实验中气体的比热容比常通过绝热膨胀法、绝热压缩法等方法来测定。本实验将采用一种比较新颖的方法，即通过测定小球在储气瓶玻璃管中的振动周期来计算空气的γ值。 一、实验目的

1、学会一种测定空气比热容比的方法。

2、学会正确使用物理天平和千分尺。

3、掌握直接测量值和间接测量值不确定度的计算。 二、实验仪器

FB212型气体比热容比测定仪、支撑架、小型气泵、TW-1型物理天平、0-25mm 外径千分尺等。

FB212型气体比热容比测定仪的结构和连接方式如图2所示：

三、实验原理

如图1所示，钢球A 位于精密细玻璃管B 中，其直径仅仅 比玻璃管直径小0.01-0.02mm ，使之能在玻璃管中上下移动， 瓶上有一小孔C ，可以通过导管将待测气体注入到玻璃瓶中。

设小球质量为m ，半径为r ，当瓶内气压P 满足下式时， 小球处于平衡位置：

2

r

mg

P P L π+

= （2） 设小球从平衡位置出发，向上产生微小正位移x ，则瓶内气体的体积有一微小增量：

x r dV 2π= （3）

与此同时瓶内气体压强将降低一微小值dP ，此时小球所受合外力为：

dP r F 2π= （4）

小球在玻璃管中运动时，瓶内气体将进行一准静态绝热过程，有绝热方程：

C PV =γ （5）

两边微分，得

01=+-PdV V dP V γγγ （6）

将（3）、（4）两式代入（6）式，得：

图1

x V

P

r F 42γπ-

= （7）

由牛顿第二定律，可得小球的运动方程为：

0422

2=+x mV P

r dt x d γπ （8）

可知小球在玻璃管中作简谐振动，其振动周期为：

4

Pr 2

2γω

π

mV

T ==

（9） 最后得气体的γ值为：

p

d T mV

P r T mV 4

242644==

γ （10） （10）式中右边各量可以方便测出，故可以计算出气体的γ值。

实验中为了补偿由于空气阻力以及少量漏气引起的小球振幅的衰减，通过C 管一直向玻璃瓶中注入一小气压的气流，在玻璃管B 的中部开有一小孔，当小球处于孔下方时，注入气体压强增大，使得小球往上运动；当小球越过小孔后，容器内气体经小孔流出，气体压强减少，小球将往下运动，如此循环往复进行以上过程，只要适当控制注入气体的流量，小球就能在玻璃管中小孔附近作简谐振动，其振动周期可用光电计时装置测得。 四、实验内容与步骤 1、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。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。 2）调节底板上三个水平调节螺钉，使底板处于水平状态。

3）接通气泵电源，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，玻璃管中的钢球离开弹簧，向管子上方移动，此时应调节好进气的大小，使钢球在玻璃管中以小孔为中心上下振动。 2、振动周期测量

1）设置：接通计时仪器的电源及光电接收装置与计时仪器的连接。打开计时仪器，

预置测量次数为50次。（如需设置其它次数，可按“置数”键后，再按“上调”或“下调”键，调至所需次数，再按“置数”键确定。本实验按预置测量次数进行，不需要另外置数。）

2）测量：按“执行”键，即开始计数（状态显示灯闪烁）。待状态显示灯停止闪烁，显示屏显示的数字为振动50次所需的时间。重复测量5次。

3、其它测量

1）用千分尺测出钢球的直径d，重复测量5次。

2）用物理天平称出钢球的质量m，重复测量5次。

五、注意事项

1、若钢球不作简谐振动，可以调节气泵上面的气流调节阀门，直到钢球在玻璃管上小孔附近作稳定的谐振动。

2、装有钢球的玻璃管上端加有黑色护套，防止实验时气流过大，导致钢球冲出。

3、测钢球的质量和直径时需要取出钢球。正确的取法是：先拨出护套，左手拇指堵住玻璃管上的小孔，待管中压强增大，钢球冲出管口的瞬间，用右手抓住钢球。取钢球需注意力高度集中，以防失手钢球落下砸坏玻璃器皿。待测量完毕，钢球放入管中后，仍需套入护套。

4、接通电源后若不计时或不停止计时，可能是光电门位置放置不正确，造成钢球上下振动时未挡光，或者是外界光线过强，须适当挡光。

5、本实验装置主要系玻璃制成，且对玻璃管的要求特别高，振动钢球的直径仅比玻璃管内径小0.01mm左右，因此钢球表面不允许擦伤，在测量钢球质量和直径是要注意轻拿轻放，还要防止钢球表面粘上灰尘。

六、课堂指导

1、千分尺和物理天平的正确使用方法。

2、调节气泵上的气量调节旋钮控制入气量，使钢球振动位置及振幅合适。

3、周期不测量时，请学生关闭气泵电源，以防气泵长时间工作发热。

七、思考题

1、试确定本实验中所使用各测量仪器的最小分度值。

答：千分尺的最小分度值为0.01mm，物理天平的最小分度值按0.1g取。