奥古斯特·孔脱：第一流的实验物理学家

奥古斯特·孔脱是 19世纪德国第一流的实验物理学家 .他首创测量声速的方法 ;首测单原子气体的热容比 ,并最早发现了气体的法拉第效应等 .在声学、光学和气体动力学实验研究方面作出了诸多重要贡献 ,创造了许多卓有成效的实验方法 .文章就孔脱的生平、业绩、学术思想等作了较为全面的评介 .     

气体吸附法测定二氧化硅干凝胶的分形维数

提出了一种方便、科学有效的利用气体吸附法测定二氧化硅干凝胶等多孔材料分形维数（表面分形维数和孔分布分形维数）的方法，不需要进行一系列的吸附/脱附实验，只需要利用单一气体的一次吸附/脱附实验得出的样品孔分布、比表面数据，与不同的标尺进行关联，即可同时获得表面分形维数和孔分布分形维数.通过误差分析和校正，保证了结果的可靠性.用上述方法测定了二氧化硅干凝胶的分形维数，以FHH法和SAXS法对所得结果进行了比较和验证，并对吸附/脱附过程所得结果的差异进行了初步分析. 关键词： 分形维数 气体吸附 二氧化硅 干凝胶     

孔脱和他的“孔脱管”实验

 奥古斯特·孔脱(August Kundt)是19世纪德国实验物理学家.他一生主要从事声学、光学和气体动力学等方面的实验研究,为物理学的发展作出了许多重要贡献,创造了许多卓有成效的实验方法.     

氙(Xe)原子在铂(Pt)表面吸附与脱附的分子动力论方法研究

运用分子动力论方法研究单原子气体分子(Xe)在固壁表面(Pt)的吸附与脱附。在构造了合理的气体分子与固壁表面相互作用势模型之后,运用随机经典轨道方法求解气体分子及固壁原子的运动方程,得到气体分子的运动轨迹及状态。结果表明,气体分子在固壁表面的吸附几率与分子的入射平动能量、壁面温度及气-固相互作用势模型的选取等因素有关,气体分子在固壁表面的脱附速率基本满足Arrhenius关系式。     

气体比热容比测定实验教学的研究

介绍了使用气体比热容比测定仪测定气体比热容比实验教学的指导要点、故障排除方法;分析了测定气体比热容比的误差来源;并对与该实验有关的一些问题作了简要说明。     

碳纳米纤维吸附储氢性能分析

文中综合碳纳米纤维微观结构的表征结果以及氢吸脱附等温线的实验测量结果,对碳纳米纤维的吸附储氢性能进行了综合分析,分析发现:比表面积和中孔容积均与氢吸附量成线性关系;微孔容积对材料吸附性能影响较大,微孔容积与氢吸附量成抛物线关系;氢在常温左右以及77K下的吸附等温线呈现超临界气体的吸附特征,氢在273K和353K下的吸脱附等温线也基本重合,呈现的是物理吸附的特征。实验结果还说明:常温左右,甚至是77K下,碳纳米纤维均不适合于氢的吸附储存。     

大尺寸密闭空间内甲烷-空气二元混合方法的改进与评定北大核心CSCD

气体混合过程在工业生产和科学研究领域是一个值得关注的课题。以大尺寸爆炸罐内的气体爆炸研究为背景,基于已有的10 m^3爆炸罐的基本结构,设计并建立了适用于爆炸罐结构的进气装置,并以此为基础,研究了甲烷和空气在大尺寸密闭空间内的混合过程。根据气体混合效果的评判标准,通过实验确定了适用于爆炸罐的进气装置的具体尺寸参数及相关进气条件,并与未改进前的气体混合过程进行对比。结果表明:采用直管螺旋开孔的进气装置后,当开孔孔径为1.5 mm、孔间距为100 mm时,气体混合效果最好;当进气速率保持在8 m^3/h、进气前罐体内外压差为0.04 MPa时,气体混合效果可以进一步优化。经改进之后,爆炸罐内的气体混合时间缩短为原来的1/12,且罐体内气体混合物的均匀度更高,满足气体爆炸实验的要求。此结果亦可为其他大尺寸密闭容器或空间的气体混合过程提供参考数据。     

大尺寸密闭空间内甲烷-空气二元混合方法的改进与评定

气体混合过程在工业生产和科学研究领域是一个值得关注的课题。以大尺寸爆炸罐内的气体爆炸研究为背景,基于已有的10 m~3爆炸罐的基本结构,设计并建立了适用于爆炸罐结构的进气装置,并以此为基础,研究了甲烷和空气在大尺寸密闭空间内的混合过程。根据气体混合效果的评判标准,通过实验确定了适用于爆炸罐的进气装置的具体尺寸参数及相关进气条件,并与未改进前的气体混合过程进行对比。结果表明:采用直管螺旋开孔的进气装置后,当开孔孔径为1.5 mm、孔间距为100 mm时,气体混合效果最好;当进气速率保持在8 m~3/h、进气前罐体内外压差为0.04 MPa时,气体混合效果可以进一步优化。经改进之后,爆炸罐内的气体混合时间缩短为原来的1/12,且罐体内气体混合物的均匀度更高,满足气体爆炸实验的要求。此结果亦可为其他大尺寸密闭容器或空间的气体混合过程提供参考数据。     

孔脱管中气体的运动及屑末条纹

在孔脫管的实验中,常常会发生这样一个问题:撒布在管中的屑末在声波的作用下为什么会聚集而排列成彼此相互平行的条纹?这个问题本身是较复杂的,不可能企图直接从声振动得到解答。原来,在孔脫管中,气体的运动,除声振动以外,还有由声振动所引起的定常流动。本文中将概略地谈谈孔脫管中气体的运动及屑末条纹等问题。     

负离子与气体碰撞单电子脱附的实验研究

本文主要介绍我们在负离子与气体碰撞单电子脱附实验研究中采用的方法和装置.该实验利用增长率测量法,由于实验测量中采用同一个粒子探测器对入射束和产生的中性粒子进行测量,大大降低了实验误差.实验系统由铯溅射负离子源、同位素分离器、反应靶室和粒子探测器组成.负离子的能量范围为5～30 keV,实验结果的不确定度约为±8%.     

五羰基铁气相爆轰法合成纳米碳胶囊

采用气相爆轰法,以乙炔气体、氧气和五羰基铁为原料成功地合成了比表面积为253.857m~2/g的胶囊状碳纳米材料。对反应的前置实验九羰基二铁的热分解反应的研究表明,在60～140℃之间,九羰基二铁热分解为五羰基铁和十二羰基三铁。对爆轰产物进行了XRD、TEM和BET物理吸附实验,结果表明:产物XRD图谱石墨峰明显,产物主要为具有石墨化倾向的薄层胶囊状无定形碳结构;实验产物比表面积为253.857m~2/g,孔体积为0.940cm~3/g,平均孔径为2.731nm;吸附-脱附曲线回滞环类型为H3型,孔结构主要为颗粒堆积而形成的狭缝孔;爆轰产物比表面积较大,具有较强的吸附能力。证实了同样采用铁作为触媒,乙炔在不添加惰性气体作为缓冲剂的情况下,由于爆速过高而无法用于合成碳纳米管。     

声速测定实验的改进

用传统的孔脱管法测定声速的实验,在观察驻波的形成和特点方面,具有很好的直观性和趣味性,容易引起学生的兴趣,但测量的准确性差一些.近年来出现了利用传感器,通过测定驻波声压最大值的位置来测定波长的方法,从而提高实验准确性,并有助于认识驻波声压变化的规律,但实验的直观     

SiO_2纳米孔隔热材料制备与热导率计算

以SiO_2气凝胶纳米颗粒、石英纤维和遮光剂为原料,制备了SiO_2纳米孔隔热材料.采用扫描电镜和氮气吸脱附法表征了SiO_2纳米孔隔热材料微观结构,采用瞬态平面热源法测试了材料在25～800℃, 10～10~5 Pa范围内的热导率.建立了Si02纳米孔隔热材料热导率计算方法,计算了材料在不同温度和压力下的热导率,热导率计算值和实验值相符较好,表明所发展的计算方法适用于纳米孔隔热材料的热导率计算.此外,还获得了材料气相热导率与辐射热导率随温度的变化规律,对材料结构设计及性能优化具有很好的指导意义.     

用孔脱管测声速实验的一点改进

用驻波法测室温下的声速,过去采用孔脱管装置。优点是物理现象很清楚。但实验误差较大。共原因是:①空气的振动是靠手拉金属杆产生,拉则振,不拉不振。何时振动得最好,不易判断。②连续地拉摩金属杆,金属杆急剧发热,效果明显下降。我们作了如下一点改进。将孔脱管管口塞子去掉,装上喇叭。(详见图)金属杆原作振源,现作反射屏用。将喇叭接在XFD—7A型低频信号发生器上,中间并联一台频率计。     

气体超声波流量计

本文叙述的气体超声波流量计,采用了声阻抗匹配的超声波换能器,用微型计算机进行测量及数据处理,克服了时差法的温度效应问题,使仪器有更大的灵活性和可靠性.本文给出了实验室和天然气管线现场的试验结果;超声波流量计与孔板流量计测量对比,其误差在0.6％以内.此外,文章还对设计方法和影响测量精度等某些因素作了讨论.     

非轴对称结构井孔声场的实验研究

本实验为轴对称井孔结构和非轴对称井孔结构声场的对比实验,通过分别记录这两种结构井孔上不同源距的接收波形来完成。对接收波列作了二维谱处理并和应用有限差分法得到的相应结果作对比,获得了比较一致的结果。由此证明我们应用有限差分法来研究非轴对称井孔声场的方法是正确可靠的。     

介质表面高功率微波击穿中释气现象的数值模拟研究

建立了一个简单的高功率微波(HPM)介质表面击穿释气模型,并采用PIC(partiele-in-cell)-MCC(Monte Carlo collisions)方法,通过自行编写的介质表面击穿数值模拟程序对不同释气条件下的介质表面HPM击穿过程进行了数值模拟研究,得到了击穿过程中电子数量等的时间图像和不同释气速度下的击穿延迟时间.模拟结果表明,对于具有一定时间宽度的HPM脉冲,当介质表面气体脱附速度较小时,由于介质表面气体层形成太慢而不会发生击穿;只有当脱附速度大于一定值时,击穿才会发生且击穿延迟时间在一定范围内随着脱附速度的增加而缩短.最后,将数值模拟得到的介质表面HPM击穿数据,与单极性表面击穿的实验诊断图像进行了对比,两者的发展趋势符合很好. 关键词： 释气现象 介质表面击穿 高功率微波 数值模拟     

0.05mm薄塑料片小孔群光纤激光精密加工技术

利用光纤激光加工系统对厚度为0.05mm的薄塑料片进行了打孔试验,分析了激光功率、脉冲宽度、辅助气体压强及种类等工艺参数对薄塑料片小孔群加工质量的影响情况。实验结果表明:小孔孔径随激光功率、激光脉冲宽度、辅助气体压强的增大而增大。相比氮气作为辅助气体,采用氧气作为辅助气体,由于氧气有助燃的作用,孔径明显增大,孔质量变差,热影响区增大。采用优化后的激光加工工艺参数,加工出的小孔群孔径为40±2μm,孔壁光滑,加工质量满足设计要求。     

在孔脱(Kundt)管中发现的新现象及其分析

演示气柱中形成的纵驻波,以孔脱管实验最简单。但由于软木屑在管内的运动和分布情况比较复杂,要说明软木屑的运动和分布比讲解驻波本身更困难,作为演示实验来说这是不理想的。另外,在一些常见的教科书中,对实验中所出现的现象的描述和解释也往往太粗糙或不确切。因此,有必要对这个实验加以改进和讨论。 采用类似于《大学物理学》[1]所介绍的孔脱管实验装置,经过适当的改进,就可以演示气柱中的纵驻波──既能演示两端封闭的管内的纵驻波,又能演示一端封闭、一端开口的管内的纵驻波。演示效果特别明显。实验中发现了一种有趣的、表征驻波形成…     

提高特征光谱法在微量气体监测中灵敏度的研究

为了实现对室内微量有毒气体实时监测,提高基于特征光谱检测方法的测量精度,提出了特征波长过滤窗的方法。将高浓度的待测气体作过滤窗,标准空气作参考窗,气室充待测浓度的待测气体,采用组合测量得到的多组光谱进行差分、相关等数据处理求解气室中待测气体的浓度。实验显示,采用WQF-520-FTIR型红外光谱仪得到癸二酸二丙脂红外吸收谱线主要有四条：3 385.26,3 417.64,5 797.11和8 561.65 nm,分别对应的吸光度为1.520 0,1.542 1,2.431 8和1.352 6。对应的可检测的最小含量为50×10-9,而采用特征波长过滤窗的方法波长位置可实现10-4 nm量级的对准,在确定待测气体含量量级的条件下,可检测的最小含量为5×10-9,灵敏度提高约10倍。该方法具有高灵敏度、无中毒、可实时检测等优点。