[发明专利]振动法测量空气比热容比的改进型装置

说明书

技术领域

本发明涉及物理常数的测量，特别是提供一种采用振动法测量空气比热容比的装置。

背景技术

振动法测量空气比热容比是一种常用的比热容比测量方法，在物理实验室采用的测量方法，实验原理详见“振动法测气体比热容比实验方法的改进，台州学院学报，2010年12月第32卷第6期，第39-42页”的“2实验”，以及“振动法空气比热容比测定实验原理分析，实验室科学，2013年6月第16卷第3期，第35-37”的“1.1原实验原理”。

现有技术采用的原理，详见图1，气体注入口连续稳定地注入气体，气体的压强增加推动与气体容器连接的竖直玻璃管中的钢球A向上移动，钢球A与玻璃管B的管壁之间有0.01-0.02mm的缝隙（该缝隙为一个理论值，指竖直玻璃管的内径比钢球A的直径大0.02-0.04mm），当钢球A上升到小孔的上端，部分气体从小孔流出，钢球A所受气体的压强减小，钢球A受到的气体的推力减小，钢球A的动能逐渐减弱，在到达高点后，受重力作用，钢球A下落，重力势能转化为动能，在钢球A下落到小孔下面，钢球A下端的气体压强大于钢球A上端的气体压强，受到的气体的推力作用，动能逐渐减弱，当动能为零后，钢球A在球体上下端所受到的气体压强差产生的推力作用，钢球A再次向上运动，往复进行，实现振动。

现有技术存在的问题，在前面提及的两篇文献也有提及：

（1）小孔不是振动的空间对称中心，也不是振动的时间对称中心，不具备简谐振动的数学形式；钢球A一般在小孔上方运动的路程短于小孔下方运动的路程，钢球A一般在小孔上方运动的时间小于小孔下方运动的时间，钢球A的运动实际上受到钢球A与管壁的缝隙大小、充气速度以及小孔的大小控制；

（2）小孔上方和下方受力的非对等性，不具备简谐振动的力学条件：钢球A在小孔上端和下端所受的推力是不同的，在小孔的下端所受的气体的推力大、上端（气体从小孔泄漏）所受的推力小，钢球A运动所处的气流环境是突变的，两篇文献均对其原理持怀疑态度；如果，没有小孔的存在，钢球A受到压强差产生的推力作用，钢球A将一直上升、不会发生振动，虽然，在文献“振动法测气体比热容比实验方法的改进”，提出在小孔下方寻找到钢球A的平衡位置，然后产生一个振幅1cm左右的振动，由于缺少外力的作用，仅仅通过气流的调节，很难实现，原因在于气流小则钢球A下降，气流大则钢球A上升，气流合适则钢球A稳定，那么钢球A稳定后，必须加大气流才能促使其上升，上升一定距离后，必须立即回到前面提及的合适气流，使压强差产生的推力与重力相等，这个步骤难以实现；

（3）钢球A在运动过程中会出现转动和与管壁发生碰撞：在钢球A悬停或者小幅度振动时，更容易观察。文献“振动法测气体比热容比实验方法的改进”也发现了转动（文献中称为自旋）和碰撞现象，钢球A在振动过程中我们发现其反射光出现变化，然后，我们用红色记号笔在钢球A的表面画一个十字，发现钢球A的十字在振动过程中出现转动，而且不同仪器、不同的时间其转动方向也在发生变化，这个结果呈现给我们的是管壁或者/和钢球A的表面不是均匀的，以及小孔处气流的非对称流动，导致钢球A不对称受力出现转动，我们也发现，其转动的频率在不同仪器和不同时间也表现出差异，换句话说，钢球A不处于层流环境，而是有一定的湍流，其转动动能将影响测量的精度，而且，由于转动的不确定性，也无法定量予以修正。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明设计一种新型的振动法测量空气比热容比的改进型装置。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种振动法测量空气比热容比的改进型装置，包括玻璃管和振动物体，振动物体表面与对应位置的玻璃管的距离能够达到0.01-0.02mm，玻璃管的侧面有小孔，其特征是：振动物体由钢球改进为圆柱体，圆柱体侧面上对称分布2根或2根以上的凸棱，所有凸棱的轴线都平行于圆柱体的中心轴线；在玻璃管上有凹槽，凹槽的条数等于圆柱体侧面的凸棱的条数，凸棱外侧所在的圆周的直径大于玻璃管的内侧直径（内径），圆柱体只能通过凸棱嵌入玻璃管的凹槽内实现上下滑动（不会在水平面内转动）。

小孔为多圈、多列，每一圈的多个小孔位于一个圆周（该圆周所在平面垂直于玻璃管的轴线，如果是两个小孔，则两个小孔的中心轴线重合并与玻璃管的中心轴线垂直相交）上、相对于圆周的圆心等角度分布；每个小孔位于两条凹槽之间的中间。小孔的个数在10-500个。