3.6 气体比热容比测定.doc

3.6 气体比热容比测定【实验简介】一定质量的物质，在温度升高时，所吸收的热量与该物质的质量和升高的温度乘积之比，称为这种物质的比热容，简称比热，通常用符号c表示，国际单位制中的单位为：。比热容是物性的重要参量，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。比热容分为定压比热容和定容比热容。定压比热容是指单位质量的物质在压力不变的条件下，温度升高或下降1所吸收或放出的热量，用表示；定容比热容是指单位质量的物质在体积（容积）不变的条件下，温度升高或下降1吸收或放出的热量，用表示。比热容与物质的状态和物质的种类有关。比热容比是描述气体热力学性质的一个重要参数，也称气体的绝热系数，指气体的定压比热容与定容比热容的比值，用表示，它在热力学理论及工程技术的应用中起着重要的作用，例如：热机的效率及声波在气体中的传播特性都与空气的有关。本实验介绍DH4602气体比热容比测试仪测量气体比热容比的方法。【实验目的】1.理解比热容的定义及物理内涵，了解其应用。2.观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。3.掌握光电计时仪、微型气泵的使用方法。4.测定空气的定压比热容与定容比热容之比。【预习思考题】1.注入气体量的多少对小球的运动情况有没有影响？2.了解气体自由度与气体比热容比的关系。【实验仪器】DH4602气体比热容比测试架，螺旋测微计，DHTC-3多功能计时器，支撑架，精密玻璃容器，气泵。【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，并插入一根细管，通过它可以向烧瓶中注入各种气体。 图1钢球A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A处于力平衡状态。这时，式中为大气压力。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，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，具有3个转动自由度，比热容比与自由度f的关系为 。理论上得出：单原子气体（） 双原子气体（） 多原子气体（） 且与温度无关。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，烧瓶容积由实验室给出，大气压力由气压表自行读出，并换算。【实验内容与步骤】 1.螺旋测微器测量备用小球直径6次，小球质量取（4.000.05） 2.测量大气压强（实验开始前和结束后各测一次，取平均值）。 3.利用小气泵作气源测定物体在特定容器中的振动周期 逆时针旋转气泵上气量调节旋钮；接通电源并缓慢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；调节计时传感器在小球振动底部位置，并打开周期计时装置，选择传感器1，按复位按钮后自动记录振动周期所需时间，重复测量6次并记录。【注意事项】 1.不要随意移动实验装置，以免损坏仪器。 2.不要取出玻璃管中的小球，以免弄破玻璃管。 3.玻璃瓶充气时，动作一定要缓慢，以免气流过大将小球冲出管外造成钢球或瓶子损坏。【数据记录与处理】1.测量钢珠直径 表1 钢珠直径 = g 测量次数123456平均值： 不确定度： 总不确定度：结果： 2.测量钢球振动周期 表2 钢球振动周期 测量次数123456(s)平均值：不确定度： 总不确定度：周期平均值及不确定度： 结果： 3.计算空气的比热容比（忽略大气压的测量误差） 空气的比热容比： 相对不确度定度：不确度定度： 结果：