本發(fā)明屬于物理學(xué)領(lǐng)域，涉及一種物理實(shí)驗(yàn)裝置及方法，具體涉及一種測(cè)量氣體比熱容比的裝置及其測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
：氣體的比熱容比是指氣體的定壓比熱容與定容比熱容的比值，在熱力學(xué)理論和工程技術(shù)應(yīng)用中它是一個(gè)很重要的基本物理量。測(cè)量氣體的熱容比實(shí)驗(yàn)也是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)之一，常用的測(cè)量方法一般有兩種：絕熱膨脹法和小球振動(dòng)法?！，F(xiàn)有的采用絕熱膨脹法測(cè)量比熱容比實(shí)驗(yàn)裝置存在以下缺點(diǎn)：(1)通常都要采用壓力傳感器或溫度傳感器測(cè)量氣體的壓強(qiáng)變化或溫度變化，甚至還需要用到光電傳感器等先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，設(shè)備和測(cè)量原理都相對(duì)復(fù)雜，成本較高。(2)測(cè)量原理相對(duì)復(fù)雜，涉及的技術(shù)手段多，需要測(cè)量的物理量多，操作和學(xué)習(xí)者理解困難。(3)通常裝置只能對(duì)空氣的比熱容比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無(wú)法滿足其它氣體的實(shí)驗(yàn)需求。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值相比誤差較大，主要在于無(wú)法準(zhǔn)確判斷絕熱膨脹過(guò)程的結(jié)束時(shí)間，不能及時(shí)關(guān)閉出氣閥門，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中只能采取“聽聲法”這種主觀差別較大的方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種測(cè)量氣體比熱容比的裝置及其測(cè)量方法，具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，成本低，測(cè)量數(shù)據(jù)少，計(jì)算方便，誤差值小的特點(diǎn)。本發(fā)明所述的一種測(cè)量氣體比熱容比的裝置，其特征在于：包括貯氣瓶，所述的貯氣瓶的瓶口處設(shè)置有雙孔塞，所述的雙孔塞其中一個(gè)孔連接有導(dǎo)氣短管，所述的導(dǎo)氣短管的下端口位于雙孔塞下方的瓶口位置處，所述的雙孔塞另一個(gè)孔連接有導(dǎo)氣長(zhǎng)管，所述的導(dǎo)氣長(zhǎng)管的下端口貯氣瓶?jī)?nèi)底部，所述的導(dǎo)氣短管和導(dǎo)氣長(zhǎng)管上均設(shè)置有閥門；所述的貯氣瓶的側(cè)壁連通有u型管的一端，所述的u型管內(nèi)填充有水銀，所述的u型管另一端與大氣相連通。其中，優(yōu)選方案如下：所述的雙孔塞與貯氣瓶的瓶口處之間設(shè)置有密封圈，減少因氣體泄漏所帶來(lái)的誤差影響。所述的u型管的管身上設(shè)置有刻度值，方便直接讀取數(shù)值，不用再額外使用工具測(cè)量。所述的u型管另一端與大氣相連通并設(shè)置有閥門，在裝置不使用的情況下關(guān)閉該閥門，有效降低水銀的危害。本發(fā)明所述的測(cè)量氣體比熱容比的測(cè)量方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行：(1)保持導(dǎo)氣短管和導(dǎo)氣長(zhǎng)管暢通，u型管內(nèi)水銀的兩側(cè)壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)p0相等且液面高度保持一致，通過(guò)其中一個(gè)管向貯氣瓶中充入待測(cè)氣體，則另一根管作為出氣管，待瓶?jī)?nèi)完全充滿后關(guān)閉另一根管，然后繼續(xù)充入待測(cè)氣體使得連通貯氣瓶一側(cè)的水銀液面高度下降一段距離后停止通氣，此時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)i(p1、v1、t1)，其中，p1＝p0+ρgh1，ρ為水銀密度，g為常數(shù)9.8n/kg，h1為水銀兩側(cè)的液面高度差；其中，當(dāng)測(cè)量空氣的比熱容比時(shí)，選取導(dǎo)氣短管或?qū)忾L(zhǎng)管其中之一作為進(jìn)氣管，通過(guò)充氣球向瓶?jī)?nèi)充氣；當(dāng)測(cè)量比空氣密度小的氣體的比熱容比時(shí)，選取導(dǎo)氣短管作為進(jìn)氣管，導(dǎo)氣長(zhǎng)管作為出氣管，導(dǎo)氣短管連接待測(cè)氣體的氣瓶向瓶?jī)?nèi)充氣；當(dāng)測(cè)量比空氣密度大的氣體的比熱容比時(shí)，選取導(dǎo)氣長(zhǎng)管作為進(jìn)氣管，導(dǎo)氣短管作為出氣管，導(dǎo)氣長(zhǎng)管連接待測(cè)氣體的氣瓶向瓶?jī)?nèi)充氣。(2)迅速打開步驟(1)中的出氣管，即令其絕熱膨脹，使瓶?jī)?nèi)氣體與大氣相通，將待測(cè)氣體從貯氣瓶?jī)?nèi)噴出，當(dāng)水銀兩側(cè)液面高度一致時(shí)，即瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)與外界大氣壓一致，立刻關(guān)閉出氣管，此時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)ⅱ(p0、v2、t2)；(3)絕熱膨脹后，瓶?jī)?nèi)氣體從外界吸熱，經(jīng)歷一個(gè)等容吸熱過(guò)程，直至瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到t1為止，此時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)也隨之由p0增大為p3，此時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)ⅲ(p3、v2、t1)，其中，p3＝p0+ρgh2，h2為水銀兩側(cè)的液面高度差；(4)計(jì)算，穩(wěn)定狀態(tài)i至穩(wěn)定狀態(tài)ⅱ的變化是絕熱的，故滿足泊松公式，而穩(wěn)定狀態(tài)ⅲ與穩(wěn)定狀態(tài)i是等溫的，滿足玻意耳定律，p1v1＝p3v2，兩式消去v1和v2，得由于p0>>ρgh1>>ρgh2，因此，既得γ＝ρgh1/(ρgh1-ρgh2)。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)如下：(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器材組件現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室可以輕易組裝搭配，無(wú)需要任何傳感器、壓力表及數(shù)控設(shè)備，大大降低了成本，u型管內(nèi)的水銀高度變化直觀可讀，便于觀察教學(xué)；(2)測(cè)量的物理量少，通過(guò)最終的公式推導(dǎo)，只需要記錄每次水銀的高度變化值h1和h2，計(jì)算方便；(3)通過(guò)對(duì)導(dǎo)氣短管和導(dǎo)氣長(zhǎng)管的配合使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣體的比熱容比實(shí)驗(yàn)，不再局限于測(cè)量空氣這一單一氣體；(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值相比誤差小，通過(guò)水銀兩側(cè)的液位變化，能夠準(zhǔn)確判斷絕熱膨脹過(guò)程的結(jié)束時(shí)間，能夠及時(shí)關(guān)閉出氣閥門，為實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性提供了充分保障。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1、貯氣瓶2、雙孔塞3、導(dǎo)氣短管4、導(dǎo)氣長(zhǎng)管5、u型管6、水銀7、閥門。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1：如圖1所示，一種測(cè)量氣體比熱容比的裝置，包括貯氣瓶1，所述的貯氣瓶1的瓶口處設(shè)置有雙孔塞2，所述的雙孔塞2其中一個(gè)孔連接有導(dǎo)氣短管3，所述的導(dǎo)氣短管3的下端口位于雙孔塞2下方的瓶口位置處，所述的雙孔塞2另一個(gè)孔連接有導(dǎo)氣長(zhǎng)管4，所述的導(dǎo)氣長(zhǎng)管4的下端口貯氣瓶1內(nèi)底部，所述的導(dǎo)氣短管3和導(dǎo)氣長(zhǎng)管4上均設(shè)置有閥門7；所述的貯氣瓶1的側(cè)壁連通有u型管5的一端，所述的u型管5內(nèi)填充有水銀6，所述的u型管5另一端與大氣相連通。所述的雙孔塞2與貯氣瓶1的瓶口處之間設(shè)置有密封圈，減少因氣體泄漏所帶來(lái)的誤差影響。所述的u型管5的管身上設(shè)置有刻度值，方便直接讀取數(shù)值，不用再額外使用工具測(cè)量。所述的u型管5另一端與大氣相連通并設(shè)置有閥門7，在裝置不使用的情況下關(guān)閉該閥門7，有效降低水銀的危害。實(shí)施例2：采用實(shí)施例1所述的裝置測(cè)量氣體比熱容比，按照以下步驟進(jìn)行：(1)保持導(dǎo)氣短管3和導(dǎo)氣長(zhǎng)管4暢通，u型管5內(nèi)水銀6的兩側(cè)壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)p0相等且液面高度保持一致，通過(guò)其中一個(gè)管向貯氣瓶中充入待測(cè)氣體，則另一根管作為出氣管，待瓶?jī)?nèi)完全充滿后關(guān)閉另一根管，然后繼續(xù)充入待測(cè)氣體使得連通貯氣瓶1一側(cè)的水銀6液面高度下降一段距離后停止通氣，此時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)i(p1、v1、t1)，其中，p1＝p0+ρgh1，ρ為水銀6密度，g為常數(shù)9.8n/kg，h1為水銀6兩側(cè)的液面高度差；其中，當(dāng)測(cè)量空氣的比熱容比時(shí)，選取導(dǎo)氣短管3或?qū)忾L(zhǎng)管4其中之一作為進(jìn)氣管，通過(guò)充氣球向瓶?jī)?nèi)充氣；當(dāng)測(cè)量比空氣密度小的氣體的比熱容比時(shí)，選取導(dǎo)氣短管3作為進(jìn)氣管，導(dǎo)氣長(zhǎng)管4作為出氣管，導(dǎo)氣短管3連接待測(cè)氣體的氣瓶向瓶?jī)?nèi)充氣；當(dāng)測(cè)量比空氣密度大的氣體的比熱容比時(shí)，選取導(dǎo)氣長(zhǎng)管4作為進(jìn)氣管，導(dǎo)氣短管3作為出氣管，導(dǎo)氣長(zhǎng)管4連接待測(cè)氣體的氣瓶向瓶?jī)?nèi)充氣。(2)迅速打開步驟(1)中的出氣管，即令其絕熱膨脹，使瓶?jī)?nèi)氣體與大氣相通，將待測(cè)氣體從貯氣瓶1內(nèi)噴出，當(dāng)水銀6兩側(cè)液面高度一致時(shí)，即瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)與外界大氣壓一致，立刻關(guān)閉出氣管，此時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)ⅱ(p0、v2、t2)；(3)絕熱膨脹后，瓶?jī)?nèi)氣體從外界吸熱，經(jīng)歷一個(gè)等容吸熱過(guò)程，直至瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到t1為止，此時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)也隨之由p0增大為p3，此時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)ⅲ(p3、v2、t1)，其中，p3＝p0+ρgh2，h2為水銀6兩側(cè)的液面高度差；(4)計(jì)算，穩(wěn)定狀態(tài)i至穩(wěn)定狀態(tài)ⅱ的變化是絕熱的，故滿足泊松公式，而穩(wěn)定狀態(tài)ⅲ與穩(wěn)定狀態(tài)i是等溫的，滿足玻意耳定律，p1v1＝p3v2，兩式消去v1和v2，得由于p0>>ρgh1>>ρgh2，因此，既得γ＝ρgh1/(ρgh1-ρgh2)。實(shí)施例3：采用實(shí)施例1的裝置和實(shí)施例3的方法，測(cè)量co2的比熱容比，具體數(shù)據(jù)如下：h1h2γ實(shí)驗(yàn)18cm1.8cm1.2903實(shí)驗(yàn)27cm1.6cm1.2963實(shí)驗(yàn)36cm1.4cm1.3043co2的比熱容比的理論值為1.295，上述三次實(shí)驗(yàn)誤差均小于1％，小于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的2～3％，證明該裝置和方法現(xiàn)實(shí)可行，適宜在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中推廣使用。當(dāng)前第1頁(yè)12