[实用新型]一种空气比热容比的测量仪器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种物理学量的测量仪器，尤其涉及的是一种空气比热容比的测量仪器。

背景技术

定压比热容Cp与定容比热容Cv之比称为气体比热容比，通常用符号γ表示,即γ＝Cp/Cv，是描述气体热力学性质的一个重要参数。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。

绝热指数，英文名称：adiabatic exponent，理想气体可逆绝热过程的指数称为绝热指数，用K表示，所以理想气体比热容比等于绝热指数γ。若流体工质在状态变化的某一过程中不与外界发生热交换，则该过程就称为绝热过程。用节流孔板测量气体流量时，流体流过节流孔板时发生的状态变化，可近似地认为是一绝热过程。为了在测量中能求出气体膨胀系数，就需要知道表征被测气体为绝热过程的绝热指数。若该气体可认为是理想气体，则其绝热指数K就是定压比热容与定容比热容之比，即K＝Cp/Cv。对于实际气体来说，绝热指数与气体的种类、所受压力、温度有关。一般地说，单原子气体的绝热指数K为1.66，双原子气体的绝热指数K为1.41。

目前物理实验教学中对比热容比γ的测量，通常采用集气瓶打气放气的方法。此方法测量精度低，测量时人为主观因素对测量结果影响大，对测得的结果和理论值没有可比性。另外由于实验教学中难以实现对声速高精度测量，且还未提供改变温度测量声音速度的方法。所以还没有通过利用公式来测量空气比热容比的新方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种空气比热容比的测量仪器，利用声速与温度之间的关系其中V为声音速度，γ为比热容比，R摩尔气体常数，M气体的摩尔质量，T为热力学温度；通过测量一系列不同温度T对应的声速V，便可拟合得出比热容比γ。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种空气比热容比的测量仪器，包括声速测量管、声控发光单元阵列、电源端盖、反射端盖；

所述声速测量管为圆筒形透明双层结构；

所述声控发光单元阵列设在声速测量管内壁上；声速测量管一端面设有电源端盖，另一端面设有反射端盖；

位于电源端盖一端部的声速测量管上设有出水口，位于反射端盖一端部的声速测量管上设有进水口。

所述声速测量管横向设置在相对的两个支架上。

所述声控发光单元阵列正面上设有电路基板与贴片咪头，反面上设有双色LED。

所述电源端盖包括电源端盖外壳，在电源端盖外壳内侧设有弹簧针连接器与压电陶瓷蜂鸣片，外侧设有电源开关、音频信号输入端与管内音频信号检测输出端。

所述声速测量管内空气柱长度为已知定长，管内壁设有声控发光单元阵列，其用于显示声速测量管内空气驻波的波长个数，从而测得驻波波长。

所述声控发光单元阵列将声速测量管内的声音驻波状态的声音信号，转换为光信号，用发光双色LED直观显示出来，读取声速测量管内部驻波波长个数。

所述电源端盖用于将外接已知频率的音频信号转换为声音，并将电源连接到声控发光单元阵列的电路基板上。

所述反射端盖用于将电源端盖发出的声音反射回来，使得声音在声速测量管内部来回震荡形成驻波。

本实用新型相比现有技术，有益效果体现在：

1、本实用新型根据即其中R和M为已知常数，通过测量温度T对应的声速V，可以非常准确的得出比热容比γ；

2、和通常声速测量教学实验仪器相比，改变以往在开放空间中测量声速，采用管内驻波法测量声速，避免了外界噪声的干扰，使得声速测量精度更高；

3、本实用新型利用声速测量管的双层结构，通过水循环控制声速测量管内部空气的温度，提高温度控制的准确性和温度一致性；