[發明專利]兩端密封圓筒內活塞振動測空氣比熱容比的方法

有效

• 申請號: 201410517115.8
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104266931A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 饒大慶;朱俊;雍志華;羅明蓉;李娟;鄒旭敏;王維果;穆萬軍;胡再國;程艷;梁雅庭;劉石丹;田野中;于白茹;李偉;李紫原;梁小沖
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N7/00
• 分類號: G01N7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及物理常數的測量，特別是提供一種采用振動法測量空氣比熱容比的方法。

背景技術

振動法測量空氣比熱容比是一種常用的比熱容比測量方法，在物理實驗室采用的測量方法，實驗原理詳見“振動法測氣體比熱容比實驗方法的改進，臺州學院學報，2010年12月第32卷第6期，第39-42頁”的“2實驗”，以及“振動法空氣比熱容比測定實驗原理分析，實驗室科學，2013年6月第16卷第3期，第35-37”的“1.1原實驗原理”。

現有技術采用的原理，詳見圖1，氣體注入口連續穩定地注入氣體，氣體的壓強增加推動與氣體容器連接的豎直玻璃管中的鋼球A向上移動，鋼球A與玻璃管B的管壁之間一般有0.01-0.02mm的縫隙，當鋼球A上升到小孔的上端，部分氣體從小孔流出，鋼球A所受氣體的壓強減小，小球受到的氣體的推力減小，小球的動能逐漸減弱，在到達高點后，受重力作用，鋼球A下落，重力勢能轉化為動能，在鋼球A下落到小孔下面，小球下端的氣體壓強大于小球上端的氣體壓強，受到的氣體的推力作用，動能逐漸減弱，當動能為零后，鋼球A在球體上下端所受到的氣體壓強差產生的推力作用，鋼球A再次向上運動，往復進行，實現振動。

現有技術存在的問題，在前面的兩篇文獻也有提及：

（1）小孔不是振動的空間對稱中心，也不是振動的時間對稱中心，不具備簡諧振動的數學形式；鋼球A一般在小孔上方運動的路程短于小孔下方運動的路程，鋼球A一般在小孔上方運動的時間小于小孔下方運動的時間，鋼球A的運動實際上受到鋼球A與管壁的縫隙大小、充氣速度以及小孔的大小控制；

（2）小孔上方和下方受力的非對等性，不具備簡諧振動的力學條件：鋼球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氣體的推力大、上端（氣體從小孔泄漏）所受的推力小，小球運動所處的氣流環境是突變的，兩篇文獻均對其原理持懷疑態度；如果，沒有小孔的存在，鋼球受到壓強差產生的推力作用，小球將一直上升、不會發生振動，雖然，在文獻“振動法測氣體比熱容比實驗方法的改進”，提出在小孔下方尋找到鋼球的平衡位置，然后產生一個振幅1cm左右的振動，由于缺少外力的作用，僅僅通過氣流的調節，很難實現，原因在于氣流小則鋼球下降，氣流大則鋼球上升，氣流合適則鋼球穩定，那么鋼球穩定后，必須加大氣流才能促使其上升，上升一定距離后，必須繼續回到合適的氣流，使壓強差產生的推力與重力相等，這個步驟難以實現；

（3）鋼球A在運動過程中會出現轉動和與管壁發生碰撞：文獻“振動法測氣體比熱容比實驗方法的改進”也發現了轉動（文獻中稱為自旋）和碰撞現象，鋼球A在振動過程中我們發現其反射光出現變化，然后，我們用紅色記號筆在鋼球A的表面畫一個十字，發現鋼球A的十字在振動過程中出現轉動，而且不同儀器、不同的時間其轉動方向也在發生變化，這個結果呈現給我們的是管壁或者/和鋼球A的表面不是均勻的，導致鋼球A不對稱受力出現轉動，我們也發現，其轉動的頻率在不同儀器和不同時間也表現出差異，換句話說，鋼球A不處于層流環境，而是有一定的湍流，其轉動動能將影響測量的精度，而且，由于轉動的不確定性，也無法定量予以修正。

發明內容

為克服現有技術存在的問題，本發明設計一種兩端密封圓筒內活塞振動測空氣比熱容比的方法。