[其他]氣體分子運動論模擬實驗儀

無效

• 申請號: 85200515
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85200515U
• 公開（公告）日: 1986-01-29
• 發明（設計）人: 王志興;韓長明
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: G09B23/12
• 分類號: G09B23/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本裝置屬物理演示實驗儀器。

氣體分子運動是一種微觀運動，常用的卡爾頓板只能模擬氣體分子混亂運動的正態分布規律，但不能定量、半定量地演示理想氣體狀態方程、實際氣體（范氏氣體）狀態方程、道爾頓分壓定律、阿麥伽分體定律和玻爾茲曼分布定律（非正態分布律）。

研制本儀器的目的是要宏觀地模擬氣體分子的微觀運動，從而在物理教學中可定量、半定量地演示上述多種氣體分子運動規律。

該儀器用大量鋼珠振子在透明方箱中的混亂運動模擬演示氣體分子運動規律。鋼珠振子在電機帶動的振板撞擊下形成混亂運動狀態。通過附加砝碼改變浮動活塞重量P（表示壓強），測定振子數N和相應壓強下振子的活動容積V（在考慮到氣體分子體積修正項條件下），再計算出振子數密度n＝ (N)/(V) ，從而可定量演示理想氣體狀態方程P＝nKT（其中K為常數，T代表氣體溫度，由振板的振動能量確定）；測量計算出鋼珠振子的體積，可得范德瓦爾斯氣體（鋼珠模型）分子體積的修正項b（b＝4NV₀，N為振子數，V₀為一個鋼珠振子的體積），從而可演示實際氣體（范氏氣體）狀態方程P（V－b）＝RT（其中R為常量）；在方箱容積一定條件下，分別依次加入不同大小的鋼珠振子，測出浮動活塞重量P₁、P₂，可演示道爾頓分壓定律，即總壓強為分壓強之和（P＝P₁＋P₂）；在浮動活塞一定條件下，分別依次加入不同大小的鋼珠振子，測出各自的活動容積V₁、V₂，可演示阿麥伽分體定律，即總體積為分體積之和（V＝V₁＋V₂）；在方箱中加入數百粒振子，當鋼珠振子于重力場中混亂運動時，利用粒子數分離隔槽（插板）和半對數板描點，可演示粒子數按重力勢能的e指數分布規律——波爾茲曼分布律。

該儀器可顯明、直觀地模擬氣體分子混亂運動，從而可定量、半定量地演示以上氣體分子運動定律。演示結果符合理論規律。本儀器可直接觀測，也可投影放大供幾百人觀察，演示效果良好。該儀器可供大、中、專各類院校物理教學使用。

圖1為氣體分子運動論模擬實驗儀結構示意圖。

本儀器具體構成如下：

透明方箱〔1〕由有機玻璃板和平板玻璃制成，方箱上部有可取下的蓋板〔5〕，由蓋板上的橡膠塞〔3〕和活塞桿〔2〕限定浮動活塞〔4〕的運動，增減砝碼〔13〕來改變浮動活塞的重量。方箱一側壁為一多縫隔板〔6〕，縫隙小于鋼珠振子〔14〕的直徑，穿過它可插入粒子數分離隔槽〔7〕。振板〔8〕用有機玻璃板制造，與箱壁間隙小于振子直徑，使其能在方箱中上下自由移動為宜。振板在曲柄連桿機構〔9、10、11、17〕帶動下振動，撞擊鋼球振子〔14〕造成振子的混亂運動，模擬氣體分子的混亂運動狀態。曲柄連桿機構通過飛輪〔16〕由直流電機〔12〕帶動，改變電源〔15〕的電壓調節電機轉速，可變化振板的振動頻率，從而造成振子（模擬氣體分子）的不同混亂運動狀態。

本儀器在演示玻爾茲曼定律時，需另加一半對數板，具體演示方法為：在模擬箱內加入數百粒振子，在振板撞擊下振子于重力場中按高度形成一定分布。穩定片刻后，迅速將粒子數分離隔槽插入箱內，使振子分隔在不同高度的槽中。然后把方箱向一側傾斜，使各層鋼珠形成單層緊密排列。按粒子排列長度可直接畫出玻爾茲曼分布曲線；再按排列長度在半對數板上描點可得一直線，從而可驗證上述曲線為e指數規律曲線，即玻爾茲曼分布曲線。