气体比热容比测量实验目的1.测定空气的定压比热容与定容比热容之比。2.掌握光电计时仪、微型气泵的使用方法。实验仪器1．DH4602气体比热容测定仪2．气泵及连接气管，精密玻璃瓶3．螺旋测微计、物理天平实验原理气体的定压比热容CP与定容比热容CV之比γ=CP/CV。在热力学过程特别是绝热过程中是一个很重要的参数。通过测定物体在特定容器中的振动周期来计算值γ。实验基本装置如图1-1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烧瓶中。钢球A的质量为m，半径为r（直径为d），当瓶子内压力P满足下面条件时，钢球A处于平衡状态。这时mgP=P+，式中P为大气压力。Lπr2L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图1－1量，物体A能在玻璃管B的小孔上下做简谐振动，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Δx，则容器内的压力变化Δp，物体的运动方程为：dx2Δmrp=Δπ2（1-1）dt2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（1-2）pvγΔ将（1-2）式求导得：Δ=−p，ΔVr=Δπ2x（1-3）Vdx224Δπγrp将（1-3）式带入（1-1）式得：+Δ=x0dt2mV此式即为熟知的简谐振动方程，它的解为π24rPγπ2ω==mVT464mVmV即：γ==（1-4）Tpr24Tpd24式中各量均可以方便测得，因而可算出γ的值。由气体运动论可知，γ值与气体分子的自由度数有关，对单原子气体（如氩）只有3个平均自由度，双原子气体（如氢）除上述3个自由度之外还有2个转动自由度。对多原子气体，则具有3f+2个转动自由度，比热容比γ与自由度f的关系为γ=。理论上得出：f单原子气体（Ar，He）f＝3γ＝1.67双原子气体（N2、H2、O2）f＝5γ＝1.40多原子气体（CO2，CH4）f＝6γ＝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径小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，用手指将玻璃管上方的小孔堵住，稍稍加大气流量，物体便会浮到管子上方开口处，就可以方便的取出，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测微仪测出，质量用物理天平称量，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(760mmHg=1.013×1052Nm/)。实验内容和步骤：1.组装好测试架以及玻璃仪器，连好信号线及输气管，接上电源线。（先开气泵电源，再开仪器电源。反之由于电磁干扰会使数显不正常，复位即可）2.先开气泵电源，调节气泵上气量调节旋钮，控制气流量大小，稍等半分钟，小球即可在玻璃管中以小孔为中心上下振动。3.再打开后面板电源开关，接上光电门，若不计时或不停止计时，可能是光电门位置放置不正确，造成钢珠上下振动时未挡住光，或者是外界光线过强，此时须适当挡光。4.测定物体在特定容器中的振动周期T。方法：调节气泵上气量调节旋钮，使小球打开周期计时装置开关（档位：选30次或50次），按下复位按钮后即可自动记录振动周期所需时间，重复5次并记录。5.用螺旋测微计和物理天平分别测出钢珠的直径d和质量m，其中直径重复测量五次。6.实验记录表格自行设计。本实验提供的瓶体积约为：1451cm3小球质量约为：4g小球半径约为：5mm计算是需多次测量数据与结果1.求钢珠直径及其不确定度：ddddd++++d=123455()dd−2不确定度：Δ=d∑i(1)n−ddmm±Δ()在忽略容器体积V、大气压P测量误差的情况下估算空气的比热容及其不确定度：464mVmVγ==Tpr24Tpd24测量结果：γ±Δγ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.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？仪器操作1.打开电源，程序预置周期为T=30（数显