(FB212型气体比热容比测定仪)实验讲义气体比热容比的测定比热容是物质的重要参量，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γ值。

【实验原理】气体的定压比热容P C 与定容比热容V C 之比V P C /C =γ，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γ值。

实验基本装置如图1所示，振动物体小球D 的直径比玻璃諧振腔E 直径仅小mm 02.0~01.0 。

它能在此精密的玻璃諧振腔E 中上下移动，在储气瓶A 的壁上有一充气孔B ，并插入一根细管，通过它各种气体可以注入到储气瓶A 中。

钢球D 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D 处于力平衡状态，这时2L m gP P r π⋅=+⋅，式中L P 为大气压强 。

为了补偿由于空气阻尼引起振动物体D 振幅的衰减，通过B 管不断注入一个小气压的气流，在精密玻璃諧振腔E 的中央开设有一个小孔C 。

当振动物体A 处于小孔下方的半个振动周期时，注入气体使储气瓶A 内压力增大，引起物体D 向上移动，而当物体D 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，使储气瓶A 内压力减小从而使物体D 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D 能在玻璃諧振腔E 的小孔C 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dx ，则容器内的压力变化dp ，物体的运动方程为：......word...专业技术行业资料............范文范例学习参考指导.......222 d xm r dp dtπ= （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 γ=常数 （2）将（2）式求导数得出：p dV dp Vγ=-，2dV r dx π= （3） 将（3）式代入（1）式得：22420d x r p dx dt mVπγ+= 此式即为熟知的简谐振动方程，它的解为：242r p mVTπγπω==2424464mV mVT pr T pdγ== (4) 式中各量均可方便测得，因而可算出γ值。

由气体运动论可以知道，γ值与气体分子的自由度有关，对单原子气体（如氩气）只有三个平均自由度，双原子气体（如氢气）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，则具有3个转动自由度，比热容比γ与自由度f 的关系为f2f +=γ 。

根据理论公式可以得到下面的结论 ，该数据与测试环境温度无关。

单原子气体（Ar ，He ） 3f = 67.1=γ双原子气体（2N ，2H ，2O ） 5f = 40.1=γ 多原子气体（2CO ，4CH ） 6f = 33.1=γ本实验装置主要由玻璃制成，而且对玻璃管（钢球简谐振动腔）的要求特别高，振动物体不锈钢球的直径为mm 00.14，仅比玻璃管内径小mm 01.0左右，玻璃管内壁有灰尘微粒都可能引起不锈钢球不能正常振动，因此振动物体（不锈钢球）表面不允许擦伤，管内必须保持洁净。

不锈钢球静止时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，稍稍加大气体流量不锈钢球便会上浮到管子上方开口处，用手可以方便地取出，也可以将玻璃管从储气瓶II 上取下，将不锈钢球倒出来。

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计测出，质量用物理天平称量，储气瓶II 容积由实验室给出，大气压力由气压表自行读出，并换算成国际单位制Pa （2m /N ）。

注： )m /N 10013.1m m Hg 760(25⨯=。

【实验仪器】FB212型气体比热容比测定仪一套。

其结构和连接方式见图2：2【实验内容】1．实验仪器的调整：（1）将空压机、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。

本实验仪提供的空压机是二路独立的，一般情况下，只需要采用单通道供气，（注意，另一路敞开，不能堵住）。

在碰到一路气量不足时，可以用三通把二路出口并联使用，但此时要注意把气泵的调节开关逆时针调小一些，避免气压太大把钢球冲出。

（2）接通空压机电源，缓慢调节空压机上的调节旋钮，数分钟后，待储气瓶内注入一定压力的气体后，玻璃管中的钢球浮起离开弹簧，向管子上方移动，此时适当调节进气的大小，使钢球在玻璃管中以小孔为中心上下振动，即维持简谐振动状态。

2．振动周期测量：接通213FB A 型数显计数计时毫秒仪的电源，把光电接收装置与毫秒仪连接。

合上毫秒仪电源开关，预置测量次数为50次（N 次）（可根据实验需要从99~1次任意设置），设置计数次数时，可分别按“置数”键的十位或个位按钮进行调节，（具体操作参看附录），设置完成后自动保持设置值，（直到再次改变设置为止）。

在不锈钢球正常振动的情况下，按“执行”键，毫秒仪即开始计时，每计量一个周期，周期显示数值逐1递减 ，直到递减为0时，计时结束，毫秒仪显示出累计50个（N 个）周期的时间。

（毫秒仪计时范围：m s 1,s 999.99~0分辨率。

）重复以上测量5次，将数据记录到表2中。

3．其它物理量的测量：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。

注：（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时，导致钢球冲出。

如需测钢球的质量可先拔出护套，取出钢球，待测量完毕，钢球放入后，重新装好护套。

（2）若不能启动计时或不能停止计时，可能原因是光电门位置放置不正确，造成钢球上下振动时未能挡光，如果因外界光线过强，影响光电门的正常逻辑关系，可拉上窗帘适当遮光，......word...专业技术行业资料............范文范例学习参考指导.......问题即可解决。

（3）本实验仪器容器的容积由制造厂提供。

(每台仪器上有标注)。

【数据与结果】1． 求钢珠质量、直径及其不确定度：平均值：5m 54321=不确定度：m ∆= 结果： kg 10m 3m -⨯∆±平均值：5d d d d d d 54321++++=不确定度：d ∆=结果： (m m ) d d ∆±2．求算钢球振动周期T ：钢球振动周期：NT ii =周期平均值：T T T T T T 54321++++=不确定度：T ∆=结果： )S (T T ∆±43．在忽略储气瓶II 体积V 和大气压P 测量误差的情况下估算空气的比热容及其不确定度 γ∆±γ【思考题】1．注入气体流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十分理想的绝热过程，这时测得的值比实际值大还是小？为什么？【附录】FB213A 型数显计时计数毫秒仪使用说明1、FB213A 计时仪内设单片机芯片，经适当编程，具有计时、计数、存储和查询功能。

可用于单摆、气垫导轨、马达转速测量、生产线产品计数、产品厚度测量、车辆运动速度测量及体育比赛计时等诸多与计时相关的实验。

2、该仪器通用性强，可以与多种传感器连接，用不同的传感器控制毫秒仪的启动和停止，从而适应不同实验条件下计时的需要。

3、仪器有三种工作方式：周期1方式、周期2方式和计数方式，在三种方式下均有存贮和查询功能。

在周期1和周期2方式下，按“执行”键，“执行”工作指示亮，当测量启动时灯光闪烁，表示毫秒仪在工作。

在每个周期结束时，显示并存贮该周期对应的时间值，在预设周期数执行完后，显示并存贮总时间值，然后退出执行状态。

4、毫秒仪在计时状态下的量程可根据实验需要进行切换：,s 999.99分辨率ms 1,,s 9999.9分辨率ms 1.0，由仪器面板“量程”按钮进行转换。

“计时”指示灯亮，左窗口数码管熄灭，仪器进入 “计时”功能状态；5、周期1、周期2与计数功能由面板“功能”按钮转换，周期1测量的是摆动周期，周期2测量的是旋转周期，工作时周期指示灯亮，仪器面板左窗口二位数码管同时点亮，仪器进入“周期1”计时功能：在此功能下，可预置测量周期个数：根据实验需要周期设置范围从99~1个，周期数由左窗口显示。

周期显示数随计数进程逐次递减，当显示数到达1以后接着就返回到设置数值，此时计数停止。

6、在周期2工作状态时，周期指示灯和计时指示灯都熄灭，测量方式同“周期1”。

7、在周期1或周期2方式下完成实验后，逐次按“查询”键，则依次显示出各周期对应的时间值，在最后周期显示出总时间值，在预设周期完后，则停止查询。

在计时方式下，逐次按“查询”键，则依次显示出各周期对应的时间值，一共可存20次的值。

8、周期1、周期2共用存贮空间，即存贮的数据为最近一次在周期1或周期2得到的数据。

......word...专业技术行业资料......9、在周期1或周期2方式下查询时，按“量程”键显示各周期计时的平均值。

10、按“复位”键，除了预设周期值恢复原设置，时间显示清零之外，还有退出查询的功能。

记住查询完后一定要按“复位”键退出查询。

11、周期方式或计数方式在执行中，均可按“复位”键退出执行。

12、断电后保留已执行的预设周期数，各周期对应的时间值以及总时间值以及最后一次完成的工作状态（周期1或周期2或计时三种方式之一）。

开机后自动恢复预设周期数及上次关机时的工作状态。

13、计数方式时，光电门1和光电门2均可控制启动与停止，由先后顺序决定。

14、同时按“复位”和“功能”键5秒钟以上，则存贮的周期值与计时值全部清零，但仍然保留FB213A型数显计时计数毫秒仪的前后面板功能说明：......范文范例学习参考指导.......。