气体比热容比的测定

实验题目 实验目的

气体比热容比的测定

实验类型

验证

1,了解气体自由度与比热容比的关系. 2,测定空气分子的定压比热容与定容比热容之比.

实验仪器 参考书目

DH 4602 气体比热容比测定仪,气泵及连接气管,精密玻璃瓶《大学物理实验》第一册 育出版社 2001.6. 《大学物理实验》第二册 育出版社 2001.6. 《大学物理实验》第三册 育出版社 2001.2. 《大学物理实验》第四册 育出版社 2002.1. 《物理实验》 华中工学院等 高等教育出版社 霍剑青,吴泳华, 刘鸿图 主编 高等教 李志超,轩植华, 霍剑青 主编 高等教 谢行恕,康士秀, 霍剑青 主编 高等教 吴泳华,霍剑青, 熊永红 主编 高等教

重点 难点 实验过程安排

实验中振动周期的测量. 气体比热容比的测量原理.

1.检查学生预习情况,提问简单的实验原理. (十分钟左右) 2.讲解实验原理,过程以及注意事项. (二十五分钟左右) 3.用螺旋测微计测量备用小球直径 5 次.讲解,指导并检查. (十五分钟左右) 4.测量大气压(实验前后各测量一次,取平均值) .讲解,指导并检查. (十分钟 左右) 5.用天平测量备用小球质量.讲解,指导并检查. (十分钟左右) 6.利用小气泵作为气源,测定空气的比热容比.振动次数选 100 次,重复测量 5 次.讲解,指导并检查. (三十分钟左右) 7.利用测得的数据计算出空气的比热容比, 并验证气体自由度与比热容比的关系. 讲解,指导并检查. (三十分钟左右)

气体比热容比的测定

8.完成实验报告,回答思考题.讲解,指导并检查. (二十分钟左右) 实验原理与方法 1. 气体的定压比热容 C P 与定容比热容 CV 之比的测定原理 气体的定压比热容 C P 与定容比热容 CV 之比 γ = C P CV 在热力学过程 特别在绝热过程中是一个很重要的参数,其测定方法有许多种. 本实验是通过测定物体在特定容器中的振动周期来计算 γ 值.实验装置 如图,振动物体能在精密的玻璃管中上下移动.在瓶子的壁上有一个小口, 并插入根细管,为了补偿由于空气阻尼引起振动物体 A 振幅的衰减,通过细 管一直注入小气压的气流.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,注入气体使容器内压力增大,引起 物体 A 上下振动,而当振动物体 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.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. 设钢球的质量为 m ,半径

为 r (直径为 d ) .当瓶子内的压力 P 满足下 面条件时,钢球 A 处于平衡状态: 备注

P = PL +

mg πr 2

①

式中 PL 为大气压力.若物体偏离平衡位置一个较小的距离 x 时,则容器 内的压力变化 dP ,物体的运动方程为:

md 2 x = πr 2 dP 2 dt

②γ

因为物体振动过程相当快,所以可以看作绝热过程,由绝热方程 PV 常数求导可得:

=

气体比热容比的测定

dp = 将③代入②得

pγdV V

③

d 2 x π 2 r 4 pγ + x=0 mV dt 2此方程为简谐振动方程,其中 ω =

④

π 2 r 4 pγmV

=

2π ,由此可得: T

γ =

4mV 64mV = 2 4 2 4 T pr T pd

⑤

⑤式中各量可方便测得,从而计算出 γ 值. 2.验证气体自由度与比热容比的关系 由气体的动力论可知,气体的比热容比与气体分子的自由度有关.对单 原子气体分子,只有三个平动自由度,双原子气体分子除上述三个平动自由 度外,还有两个转动自由度.比热容比 γ 与气体分子自由度 i 的关系为

γ =

i+2 .理论上可得出一般情况下单原子气体 γ = 1.67 ,双原子气体 i

γ = 1.40 ,且与温度无关.

教学后记