CN106525897A - 一种可测量多种气体比热容比的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种可测量多种气体比热容比的装置及使用方法，本装置包括把手、双层气缸和用绝热材料制成的绝热活塞，所述双层气缸采用双层结构，中间抽成真空，其外层外壁上设有体积刻度表，所述绝热活塞和把手连接，绝热活塞设置在双层气缸内，且与双层气缸的内层内壁之间采用密封的方式连接，所述绝热活塞的顶部连有两根玻璃导管，玻璃导管的一端与绝热活塞连通，且玻璃导管与绝热活塞之间采用密封的方式连接，所述玻璃导管的另一端连有橡皮管，橡皮管与玻璃导管之间采用密封的方式连接，所述玻璃导管上还连有换气阀门，换气阀门与玻璃导管连通，所述绝热活塞的底部连有温度传感器和气体压强传感器。

Description

一种可测量多种气体比热容比的装置及使用方法

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，具体是涉及一种可测量多种气体比热容比的装置及使用方法。

背景技术

比热容比是描述气体热力学性质的一个重要参数，定义为定压比热Cp与定容比热Cv之比，通常用符号γ表示，即γ＝Cp/Cv。根据分子运动理论,γ的理论值为(n+2)/n，n为气体分子微观运动自由度的数目。当原子气体分子只有三个平移运动自由度，即n＝3，故γ＝5/3。氩、氦等单原子气体的γ实验值(1.66)与此非常接近。在不太高的温度下，双原子气体分子除有三个平动自由度外，还有两个转动自由度，即运动自由度n＝5，所以γ＝7/5。工程上常见的双原子气体，如氧、氮等分子在很宽的温度范围内的γ值也很接近此值。准确的实验值随温度的上升而略有下降。

对于三原子气体，分子运动的自由度至少有六个，故γ＝4/3或更小些，如二氧化碳(CO2)的γ值等于1.30。在空气动力学中，空气的γ值常取为1.40，喷气发动机中的燃后气体的γ值常取为1.33，火箭发动机中的燃后气体的γ值则常取为1.25。

在实验过程中，气体的比热容比有三个状态需研究，打完气稳定后达到状态I，放气停止时达到状态II，放气结束储气瓶内气体温度升回室温时达到状态III。状态I→状态II是绝热膨胀过程，状态II→状态III是等体吸热过程。由实验分别测得状态I、状态II、状态III时研究对象的压强值，多次测量，再根据公式计算出该气体的比热容比。但是在实验中，无法准确把握放气结束时关闭放气阀门的时机，容易造成较大误差，且放气过程也只是近似看成绝热过程；同时现有的测定装置，主要适用于测定空气，不适用于测定特定气体。

发明内容

本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种可测量多种气体比热容比的装置及使用方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种可测量多种气体比热容比的装置，包括把手、双层气缸和用绝热材料制成的绝热活塞，所述双层气缸采用双层结构，中间抽成真空，其外层外壁上设有体积刻度表，所述绝热活塞和把手连接，绝热活塞设置在双层气缸内，且与双层气缸的内层内壁之间采用密封的方式连接，所述绝热活塞的顶部连有两根玻璃导管，玻璃导管的一端与绝热活塞连通，且玻璃导管与绝热活塞之间采用密封的方式连接，所述玻璃导管的另一端连有橡皮管，橡皮管与玻璃导管之间采用密封的方式连接，所述玻璃导管上还连有换气阀门，换气阀门与玻璃导管连通，所述绝热活塞的底部连有温度传感器和气体压强传感器。

使用上述比热容比装置的方法，具体为：

步骤(1)，打开换气阀门，绝热活塞往下压到底，使双层气缸内的空气排尽，然后关闭换气阀门，随后将橡皮管套在玻璃导管上；

步骤(2)，打开换气阀门，将待测气体依次通过橡皮管、玻璃导管和绝热活塞充入双层气缸内，一边充气一边往上拉把手，将绝热活塞移动至某一个位置后，关闭换气阀门，根据体积刻度表、温度传感器和气体压强传感器上的读数分别记录下该待测气体的体积V1、温度T1、压强值P1；

步骤(3)，拉动把手将绝热活塞移动至另一个位置后，根据体积刻度表、温度传感器和气体压强传感器上的读数分别记录下该待测气体的体积V2、温度T2、压强值P2；

步骤(4)，对比观察实验数据可知，温度T1和T2几乎相等，根据公式P₁*V₁ ^γ＝P₂*V₂ ^γ即可计算出该气体的比热容比γ。

上述比热容比装置的实验原理：利用热力学公式P₁*V₁ ^γ＝P₂*V₂ ^γ和绝热膨胀(压缩)法测定待测气体的比热容比。由于在绝热过程中P₁*V₁ ^γ＝常量，只需在绝热过程中分别测得两个状态下待测气体的压强P和体积V，即可计算出该待测气体的比热容比。

本发明具有的有益效果：绝热过程是通过绝热活塞压缩和提拉把手来实现，结构简单，操作方便，误差小，避免了因无法准确把握放气结束时关闭换气阀门的时机而产生的误差。本发明双层气缸与绝热活塞，绝热活塞与玻璃导管之间密封连接，绝热保温性大大提升，绝热过程短，误差大大减小。同时本发明设有两根玻璃导管和两个换气阀门，可同时导入两种不同的气体，从而测量按某比例混合的混合气体的比热容比。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的具体实施事例的示意图。

图中：1、把手；2、双层气缸；3、绝热活塞；4、体积刻度表；5、玻璃导管；6、橡皮管；7、换气阀门；8、温度传感器；9、气体压强传感器；10、装有氧气的气缸；11、装有二氧化碳的气缸；12、温度传感器的二次仪表；13、导线；14、压强传感器的二次仪表。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：一种可测量多种气体比热容比的装置，如图1所示，包括把手、双层气缸和用绝热材料制成的绝热活塞，所述双层气缸采用双层结构，中间抽成真空，其外层外壁上设有体积刻度表，所述绝热活塞和把手连接，绝热活塞设置在双层气缸内，且与双层气缸的内层内壁之间采用密封的方式连接，所述绝热活塞的顶部连有两根玻璃导管，玻璃导管的一端与绝热活塞连通，且玻璃导管与绝热活塞之间采用密封的方式连接，所述玻璃导管的另一端连有橡皮管，橡皮管与玻璃导管之间采用密封的方式连接，所述玻璃导管上还连有换气阀门，换气阀门与玻璃导管连通，所述绝热活塞的底部连有温度传感器和气体压强传感器。

使用上述比热容比装置的方法，具体为：步骤(1)，打开换气阀门，绝热活塞往下压到底，使双层气缸内的空气排尽，然后关闭换气阀门，随后将橡皮管套在玻璃导管上；步骤(2)，打开换气阀门，将待测气体依次通过橡皮管、玻璃导管和绝热活塞充入双层气缸内，一边充气一边往上拉把手，将绝热活塞移动至某一个位置后，关闭换气阀门，根据体积刻度表、温度传感器和气体压强传感器上的读数分别记录下该待测气体的体积V1、温度T1、压强值P1；步骤(3)，拉动把手将绝热活塞移动至另一个位置后，根据体积刻度表、温度传感器和气体压强传感器上的读数分别记录下该待测气体的体积V2、温度T2、压强值P2；步骤(4)，对比观察实验数据可知，温度T1和T2几乎相等，根据公式P₁*V₁ ^γ＝P₂*V₂ ^γ即可计算出该气体的比热容比γ。

上述比热容比装置的实验原理：利用热力学公式P₁*V₁ ^γ＝P₂*V₂ ^γ和绝热膨胀(压缩)法测定待测气体的比热容比。由于在绝热过程中P₁*V₁ ^γ＝常量，只需在绝热过程中分别测得两个状态下待测气体的压强P和体积V，即可计算出该待测气体的比热容比。

绝热过程是通过绝热活塞压缩和提拉把手来实现，结构简单，操作方便，误差小，避免了因无法准确把握放气结束时关闭换气阀门的时机而产生的误差。本发明双层气缸与绝热活塞，绝热活塞与玻璃导管之间密封连接，绝热保温性大大提升，绝热过程短，误差大大减小。同时本发明设有两根玻璃导管和两个换气阀门，可同时导入两种不同的气体，从而测量按某比例混合的混合气体的比热容比。

实施例2：一种可测量多种气体比热容比的装置，如图2所示，把手、橡皮管、玻璃导管、换气阀门均采用实验室常用仪器，绝热活塞采用耐热性好、导热系数小、膨胀系数低的高级陶瓷合成材料制成，双层气缸采用绝热玻璃制成，温度传感器采用电流型温度传感器AD590，该半导体温度传感器灵敏度高、线性好，采用四位半数字电压表作为温度传感器的二次仪表，气体压强传感器采用扩散硅压力传感器，采用三位半数字电压表作为压强传感器的二次仪表，温度传感器和温度传感器的二次仪表通过导线连接，压强传感器和压强传感器的二次仪表通过导线连接。开始实验时，先打开两个换气阀门，将绝热活塞往下压到底，使双层气缸内的空气排尽，随后关闭两个换气阀门；然后将其中一根橡皮管与装有氧气的气缸相连，另一根橡皮管与装有二氧化碳的气缸相连；连接好后，打开两个换气阀门，按比例将氧气和二氧化碳充入双层气缸内，一边充气一边往上提拉把手，将绝热活塞移动至某一个位置后，关闭换气阀门，根据体积刻度表、温度传感器和气体压强传感器上的读数分别记录下该待测气体的体积V1、温度T1、压强值P1；拉动把手将绝热活塞移动至另一个位置后，根据体积刻度表、温度传感器和气体压强传感器上的读数分别记录下该待测气体的体积V2、温度T2、压强值P2；对比观察实验数据可知，温度T1和T2几乎相等，根据公式P₁*V₁ ^γ＝P₂*V₂ ^γ，即可计算出混合气体的比热容比。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种可测量多种气体比热容比的装置，包括把手、双层气缸和用绝热材料制成的绝热活塞，其特征在于所述双层气缸采用双层结构，中间抽成真空，其外层外壁上设有体积刻度表，所述绝热活塞和把手连接，绝热活塞设置在双层气缸内，且与双层气缸的内层内壁之间采用密封的方式连接，所述绝热活塞的顶部连有两根玻璃导管，玻璃导管的一端与绝热活塞连通，且玻璃导管与绝热活塞之间采用密封的方式连接，所述玻璃导管的另一端连有橡皮管，橡皮管与玻璃导管之间采用密封的方式连接，所述玻璃导管上还连有换气阀门，换气阀门与玻璃导管连通，所述绝热活塞的底部连有温度传感器和气体压强传感器。

2.一种可测量多种气体比热容比的装置的使用方法，其特征在于所述方法为：

步骤(1)，打开换气阀门，绝热活塞往下压到底，使双层气缸内的空气排尽，然后关闭换气阀门，随后将橡皮管套在玻璃导管上；

步骤(2)，打开换气阀门，将待测气体依次通过橡皮管、玻璃导管和绝热活塞充入双层气缸内，一边充气一边往上拉把手，将绝热活塞移动至某一个位置后，关闭换气阀门，根据体积刻度表、温度传感器和气体压强传感器上的读数分别记录下该待测气体的体积V1、温度T1、压强值P1；

步骤(3)，拉动把手将绝热活塞移动至另一个位置后，根据体积刻度表、温度传感器和气体压强传感器上的读数分别记录下该待测气体的体积V2、温度T2、压强值P2；

步骤(4)，对比观察实验数据可知，温度T1和T2几乎相等，根据公式P₁*V₁ ^γ＝P₂*V₂ ^γ即可计算出该气体的比热容比γ。