用超聲波測(cè)定液體的比熱比

1、用超聲波測(cè)定液體的比熱比 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性與介質(zhì)的一些物理性質(zhì)有著密切的關(guān)系，其傳播速度取決于媒質(zhì)的密度、溫度、分子結(jié)構(gòu)等因素因此，通過測(cè)定超聲波的聲速，可求得表征其熱力學(xué)性質(zhì)的定壓比熱、定容比熱、汽化潛熱等物理量，進(jìn)而為研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)掌握利用光的衍射現(xiàn)象測(cè)定液體中超聲波傳播速度的方法； (2)根據(jù)聲速與液體性質(zhì)的關(guān)系，計(jì)算液體的比熱比 及絕熱壓縮系數(shù) 和等溫壓縮系數(shù) 進(jìn)一步理解由上述參量導(dǎo)出的汽化潛熱q和范氏常數(shù)a,b的物理意義實(shí)驗(yàn)器具鈉光源，會(huì)聚透鏡，分光超聲波發(fā)生器，透明液體槽，溫度計(jì)，水，液體石臘等實(shí)驗(yàn)原理1當(dāng)液體中有超聲波傳播時(shí)，由于表面

2、的反射，會(huì)形成駐波，使液體介質(zhì)分成疏密相間的狀態(tài)對(duì)于透明液體，它相當(dāng)于一個(gè)光柵，光柵常數(shù)就是超聲波的波長(zhǎng)，一束單色平行光垂直通過時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生衍射圖樣對(duì)衍射圖樣進(jìn)行測(cè)量分析，可得到光柵常數(shù)，即超聲波波長(zhǎng) 1實(shí)驗(yàn)光路如圖1所示，以 表示衍射角(偏向角)，由光柵衍射公式可知 （1）其中，a+b為光柵常數(shù)，即超聲波波長(zhǎng) 故有由于第n組明紋與中央明紋的距離dn總是遠(yuǎn)小于光柵與屏的距離L，即 總是很小，于是 2可得又因?yàn)椴ㄋ俚扔诓ㄩL(zhǎng)和頻率之積，所以在溫度為T的液體內(nèi)，超聲波波速 （2）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用波長(zhǎng) 是589.3nm的鈉光，超聲波頻率 可以用頻率計(jì)實(shí)測(cè)，明條紋級(jí)次n可數(shù)出，對(duì)應(yīng)的衍射角可準(zhǔn)確測(cè)定，于是由式

3、（1.2）可求出 （1）由于振動(dòng)可視為絕熱傳播，因此聲速可用絕熱壓縮系數(shù)Ks表示， （3）式中，為液體密度熱力學(xué)中已確定定壓比熱cp和定容比熱cv間的關(guān)系 （4） 3式中，T為絕對(duì)溫度， 為體脹系數(shù)， 為等溫壓縮系數(shù)， 為熱功當(dāng)量，叫體積度熱力學(xué)中又有關(guān)系式 (5)由以上兩式可得 (6) (7) 由以上分析可知，若已知聲速 和參數(shù) 及v時(shí)，可求出 常數(shù) （8）式中， 稱為內(nèi)壓強(qiáng)，a和b為范氏常數(shù)這時(shí)外壓強(qiáng)4略去b和 在絕熱過程中的變化，根據(jù)聲速 ，可得對(duì)于液體，內(nèi)壓強(qiáng) 總是遠(yuǎn)大于外壓強(qiáng)，因此 ，于是將 代入上式，得到 （9）將(1.7)式表示的值代人式(1.9)中，稍加整理得 （10）在兩個(gè)溫

4、度下測(cè)出兩個(gè)聲速 算出兩個(gè)相應(yīng)的比熱比 ，即可由式(1.9)和式(1.10)求出視為常數(shù)的a和b若液體遵守范氏方程，由于汽化潛熱 ，由式(1.9)得 5這樣，在已知 和 時(shí)，可計(jì)算該溫度下的（3） 由熱力學(xué)第一定律，得出的內(nèi)壓強(qiáng)而范氏方程中內(nèi)壓強(qiáng)于是由汽化潛熱，可得將式(1.3)和式(1.5)代人上式，有 6把上式與式(1.9)聯(lián)立，可得b的最筒表達(dá)式：根據(jù)上述分析，由已知的 可計(jì)算掖體的a，b，q 實(shí)驗(yàn)要點(diǎn) (1)按圖1布置光路 (2)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)，使各元件處在同一高度的光軸上調(diào)節(jié)單縫寬度，使平行光管上單縫的像與望遠(yuǎn)鏡中豎直叉絲重合 (3)將超聲波換能器放入待測(cè)液體中，注意使傳播方向垂直于光軸調(diào)節(jié)振蕩器，使其起振 (4)利用分光計(jì)測(cè)量自單縫向右和向左相等條紋的距離，