[发明专利]一种测量气体比热容比的装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于物理学领域，涉及一种物理实验装置及方法，具体涉及一种测量气体比热容比的装置及其测量方法。

背景技术

气体的比热容比是指气体的定压比热容与定容比热容的比值，在热力学理论和工程技术应用中它是一个很重要的基本物理量。测量气体的热容比实验也是大学物理实验的基本实验之一，常用的测量方法一般有两种：绝热膨胀法和小球振动法。。

现有的采用绝热膨胀法测量比热容比实验装置存在以下缺点：(1)通常都要采用压力传感器或温度传感器测量气体的压强变化或温度变化，甚至还需要用到光电传感器等先进的实验手段，设备和测量原理都相对复杂，成本较高。(2)测量原理相对复杂，涉及的技术手段多，需要测量的物理量多，操作和学习者理解困难。(3)通常装置只能对空气的比热容比进行实验，无法满足其它气体的实验需求。(4)实验结果与理论值相比误差较大，主要在于无法准确判断绝热膨胀过程的结束时间，不能及时关闭出气阀门，传统实验中只能采取“听声法”这种主观差别较大的方法。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明提供一种测量气体比热容比的装置及其测量方法，具有实验装置简单，成本低，测量数据少，计算方便，误差值小的特点。

本发明所述的一种测量气体比热容比的装置，其特征在于：包括贮气瓶，所述的贮气瓶的瓶口处设置有双孔塞，所述的双孔塞其中一个孔连接有导气短管，所述的导气短管的下端口位于双孔塞下方的瓶口位置处，所述的双孔塞另一个孔连接有导气长管，所述的导气长管的下端口贮气瓶内底部，所述的导气短管和导气长管上均设置有阀门；所述的贮气瓶的侧壁连通有U型管的一端，所述的U型管内填充有水银，所述的U型管另一端与大气相连通。

其中，优选方案如下：

所述的双孔塞与贮气瓶的瓶口处之间设置有密封圈，减少因气体泄漏所带来的误差影响。

所述的U型管的管身上设置有刻度值，方便直接读取数值，不用再额外使用工具测量。

所述的U型管另一端与大气相连通并设置有阀门，在装置不使用的情况下关闭该阀门，有效降低水银的危害。

本发明所述的测量气体比热容比的测量方法，其特征在于按照以下步骤进行：

(1)保持导气短管和导气长管畅通，U型管内水银的两侧压强与大气压强P₀相等且液面高度保持一致，通过其中一个管向贮气瓶中充入待测气体，则另一根管作为出气管，待瓶内完全充满后关闭另一根管，然后继续充入待测气体使得连通贮气瓶一侧的水银液面高度下降一段距离后停止通气，此时，瓶内气体达到稳定状态I(P₁、V₁、T₁)，其中，P₁＝P₀+ρg h₁，ρ为水银密度，g为常数9.8N/kg，h₁为水银两侧的液面高度差；

其中，当测量空气的比热容比时，选取导气短管或导气长管其中之一作为进气管，通过充气球向瓶内充气；当测量比空气密度小的气体的比热容比时，选取导气短管作为进气管，导气长管作为出气管，导气短管连接待测气体的气瓶向瓶内充气；当测量比空气密度大的气体的比热容比时，选取导气长管作为进气管，导气短管作为出气管，导气长管连接待测气体的气瓶向瓶内充气。

(2)迅速打开步骤(1)中的出气管，即令其绝热膨胀，使瓶内气体与大气相通，将待测气体从贮气瓶内喷出，当水银两侧液面高度一致时，即瓶内压强与外界大气压一致，立刻关闭出气管，此时，瓶内气体达到稳定状态Ⅱ(P₀、V₂、T₂)；

(3)绝热膨胀后，瓶内气体从外界吸热，经历一个等容吸热过程，直至瓶内气体达到T₁为止，此时瓶内气体压强也随之由P₀增大为P₃，此时，瓶内气体达到稳定状态Ⅲ(P₃、V₂、T₁)，其中，P₃＝P₀+ρgh₂，h₂为水银两侧的液面高度差；