气体比热容比CPCV测定.doc

气体比热容比CP/CV的测定实验目的:1、测定多种气体(单原子、双原子、多原子)的定压比热容CP与定容比热容CV之比。2、练****使用物理天平、螺旋测微计、数字计时仪、大气压力计等仪器。实验仪器与用具:振动主体、多功能数字记时仪(分50次、100次两档)、微型气泵、大气压力计、缓冲瓶、螺旋测微计、物理天平、镊子等。实验原理:气体由于受热过程不同,有不同的比热容。对应于气体受热的等容和等压过程,气体的比热容有定容比热容CV和定压比热容CP。定容比热容是单位质量某种气体在保持体积不变的情况下,温度升高1K时所需的热量。而定压比热容则是单位质量某种气体在保持压强不变的情况下,温度升高1K所需的热量。显然,后者由于有对外作功而大于前者,即CP>CV。因此,比值=CP/CV>1。一般说来,在实验中测定CV是比较困难的,故CV通常是通过测定CP及值来获得。本实验将用测定物体在特定容器中的振动周期来计算值。BA实验基本装置如图所示,~。在烧瓶的壁上有一小孔C,并插入一根细管,通过它各种气体可以注入到烧瓶中。为了补偿由于空气阻尼引起振动物体A振幅的衰减,因此通过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的小孔上下作间谐振动。振动周期可利用光电计时装置来测量。钢球A的质量为m,半径为r(直径为d),当烧瓶内压强P满足下面条件时钢球A处于平衡状态:(1)式中:PL为大气压强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πr2dp物体的运动方程为:(2)因为物体运动过程相当快,所以可以看作是绝热过程,绝热方程为: (3)将(3)式求导数得出:(4)容器内体积的变化:(5)由(2)、(4)、(5)三式可得:(6)此式即为熟知的简谐振动的微分方程,它与式(7)比较:(7)可得:(8)又因所以即(9)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f有关。对单原子气体(如氩)只有三个平动自由度,对于刚性双原子气体(如氮)除上述3个平动自由度外还有2个转动自由度。对于刚性多原子气体,则有6个自由度(3个平动自由度和3个转动自由度)。比热容比与自由度f的关系式(由理论上得出)为:(10)下面给出几种气体的比热容比的理论值:单原子气体(Ar,He)f=3=(N2,H2,O2)f=5=(CO2,CH4)f=6=,经典理论中比热容比仅与分子自由度有关,与气体的种类和温度无关。式(9)即为本实验的原理公式。烧瓶的容积V由实验室给出。因此,只要在实验中测得振动物体的直径d,周期T,质量m,并由气体计读出大气压强PL,再由(1)求得P,将V,T,d,P代入式(9)就可以求得待测气体的比热容比,(注意:各量均换算成国际单位制后再代入(9)式计算。760mmHg=×105N/m2)。实验内容和步骤:用螺旋测微器测量备用小球(不可从玻璃管中取出,以免损坏仪器)直径10