气体比热容比的测定

实验 气体比热容比的测定

比热容比是物质的重要参量，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。本实验将介绍一种较新颖的测量气体比热容比的方法。

[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]

气体比热容比测定仪、电子天平、螺旋测微器、气压计

[实验原理]

气体的定压比热容CP与定容比热容CV之比

CP，在热力学过程特别是绝热过程中是一个很重CV

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0.01~0.02mm。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玻璃瓶中。

钢球A的质量为m，半径为r（直径为d），当瓶

子内压强P满足下在条件时，钢球A处于平衡状态，mg这时ppL2，式中PL为大气压强。为了补偿由于空气阻尼引起振动物体Ar

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dp，物体的运动方程为：

dP （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

pV=常数 （2） 将（2）式求导数得出：

PdV dP，dVr2x （3） V

将（3）式代入（1）式得

d2x2r4px0dtmV （4）

此时即为熟知的简谐振动方程，它的解为

2r4p

mV

4mV2424TprTpd2T 64mV （5）

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

f2体分子的自由度数有关，比热容与自由度f的关系为。理论上得出 f

单原子气体（Ar，He） f=3 =1.67

双原子气体（N2，H2，O2） f=5 =1.40

多原子气体（CO2，CH4） f=6 =1.33

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小0.01mm左右，因此振动物体表面不允许擦伤。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会上浮到管子上方开口处，就可以方便地取出，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，采用重复多次测量。

振动物体直径采用螺旋微计测出，质量用物理天平称量，玻璃瓶容积由实验室给出，大气压强由气压表自行读出，并换算N/m2(760mmHg=1.013105N/m2)。

[实验内容]

一、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，使钢球在玻璃管中心以小孔为中心上下振动。

二、振动周期测量

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，预置测量次数均为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。然后按“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。

三、其它测量

用螺旋测微计和物理天平分别测出钢球的直径d和质量m，其中直径重复测量5次。

四、数据处理

自拟表格，记录数据，并根据（5）式计算出空气的比热容比。

[思考题]

1．入气体量的多少对小球的运动情况有没有影响？

2．在实际问题中，物体振动过程并不是理想的绝热过程，这时测得的值比实际值大还是小？为什么？

注 意：

1．装有钢球的玻璃管上端有一黑色护套，防止实验时气流过大，导致钢球冲出。如需测钢球的质量应先拨出护套，等测量完毕，钢球放入后，仍需套入护套。

2．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。

实验 气体比热容比的测定

比热容比是物质的重要参量，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。本实验将介绍一种较新颖的测量气体比热容比的方法。

[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]

气体比热容比测定仪、电子天平、螺旋测微器、气压计

[实验原理]

气体的定压比热容CP与定容比热容CV之比

CP，在热力学过程特别是绝热过程中是一个很重CV

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0.01~0.02mm。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玻璃瓶中。

钢球A的质量为m，半径为r（直径为d），当瓶

子内压强P满足下在条件时，钢球A处于平衡状态，mg这时ppL2，式中PL为大气压强。为了补偿由于空气阻尼引起振动物体Ar

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dp，物体的运动方程为：

dP （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

pV=常数 （2） 将（2）式求导数得出：

PdV dP，dVr2x （3） V

将（3）式代入（1）式得

d2x2r4px0dtmV （4）

此时即为熟知的简谐振动方程，它的解为

2r4p

mV

4mV2424TprTpd2T 64mV （5）

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

f2体分子的自由度数有关，比热容与自由度f的关系为。理论上得出 f

单原子气体（Ar，He） f=3 =1.67

双原子气体（N2，H2，O2） f=5 =1.40

多原子气体（CO2，CH4） f=6 =1.33

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小0.01mm左右，因此振动物体表面不允许擦伤。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会上浮到管子上方开口处，就可以方便地取出，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，采用重复多次测量。

振动物体直径采用螺旋微计测出，质量用物理天平称量，玻璃瓶容积由实验室给出，大气压强由气压表自行读出，并换算N/m2(760mmHg=1.013105N/m2)。

[实验内容]

一、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，使钢球在玻璃管中心以小孔为中心上下振动。

二、振动周期测量

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，预置测量次数均为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。然后按“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。

三、其它测量

用螺旋测微计和物理天平分别测出钢球的直径d和质量m，其中直径重复测量5次。

四、数据处理

自拟表格，记录数据，并根据（5）式计算出空气的比热容比。

[思考题]

1．入气体量的多少对小球的运动情况有没有影响？

2．在实际问题中，物体振动过程并不是理想的绝热过程，这时测得的值比实际值大还是小？为什么？

注 意：

1．装有钢球的玻璃管上端有一黑色护套，防止实验时气流过大，导致钢球冲出。如需测钢球的质量应先拨出护套，等测量完毕，钢球放入后，仍需套入护套。

2．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。