“气体压强与流速关系”实验改进

关于气体压强与流速关系,目前已有成形的实验资源。本文对现有实验资源进行分析,并从实验对象的角度进行了论述、判别和改进,将气体压强转换为可视性较强的液体压强,同时突破性地实现了研究同一时刻、不同位置的流动气体,并探究气体压强与流速的关系。     

气体压强对塞曼激光陀螺偏频特性的影响研究

就气体压强对激光陀螺偏频特性影响进行了理论与实验研究.理论推导发现,激光陀螺内部的He-Ne气体压强对其偏频量有重要影响.He-Ne气体比率一定时,偏频量与其内部压强成线性关系.在不同气压下对激光陀螺偏频量与压强的关系进行了实验验证,实验结果与典型参量下的理论结果吻合得较好;给出了不同比率下激光陀螺偏频量与其压强的关系曲线.     

形形色色的制冷技术

随着科学技术的发展,制冷技术已渗透到从日常生活到衣、食、住、行到尖端科技的各个领域。100多年来,新的制冷技术层出不穷、飞速发展,本文将简单介绍目前的主流制冷技术。一、焦耳-汤姆孙效应制冷实验证明,管外包裹不导热材料、管中安装一个多孔塞或节流阀,使多孔塞两边维持较大压强差(一边高压强P1、另一边保持低压强P2),气体就会从气压高的一边经多孔塞缓慢流向气压低的一边,并达到稳定状态,这个过程就叫节流过程,气体在节流过程前后温度改变的现象称为焦耳-汤姆孙效应。在节流过程中,气体压强与温度的变化为dT=μdP(μ为焦汤系数)。μ…     

外粒子源注入下气体放电过程的模拟研究

利用Geant4程序建立外源注入式、低气压气体开关物理模型,通过模拟计算电子增益与极板间电场强度、电子增益与极板间隙距离的函数关系验证了模型的正确性。计算了气体种类、气体压强对电子增益的影响,分析得到形成自持放电所需最小入射电子数,计算结果表明:在相同的气压及电场条件下,氮气的电子增益远大于氦气,这与氦气的高电离能性质相吻合; 随气压增大,电子增益呈非线性增长; 为实现自持放电,外源注入电子数面密度为1×105~2×105 /cm2。     

气体脉冲放电等离子体阻抗的参量研究

在纯净氦气条件下，对高频纵向脉冲放电的等离子体动态阻抗进行了实验研究.测量了放电等离子体阻抗随放电电压、频率以及气体压强之间的变化关系，表明等离子体阻抗随频率和电压的增加而下降，随气压的升高而增大.定性分析了这些宏观参量与等离子体阻抗变化之间的关系，拟合出等离子体阻抗随电压、频率、气压变化的经验公式，并对数值模拟与实验结果进行了比较研究. 关键词： 等离子体阻抗 气体脉冲放电     

天鹅绒阴极脉冲放气及重复频率运行真空特性

为获得天鹅绒阴极加电运行时的放气信息,在加速器Torch-02(电压约300 kV、脉宽约6 ns、电阻约100Ω、频率1~300 Hz)上开展了单次及重复频率下的真空兼容性实验研究。对于发射面积为28 cm2、阴阳极间距50 mm、有效抽速62 L/s、容积为4.6 L的真空二极管-天鹅绒阴极系统,根据不同电流发射密度时的气压历史曲线,确定了单位面积上天鹅绒表面中性气体释放数目与脉冲能量的关系。通过实时记录不同频率下的气压演化,在本底气压约5×10-3Pa、单脉冲能量约6 J条件下,得到了平衡压强与重复频率的变化关系:10~100 Hz时,平衡压强与重复频率近似呈线性递增;超过100 Hz时,真空恶化明显,气压随频率呈超线性增长,300 Hz时平衡压强已升至Pa量级。最后,针对重复频率运行时的放气特点,讨论了一种"分布式"抽气思想以改善系统有效抽速。     

气体压强改变对液体内部压强影响的定性实验验证

采用U形管压强计进行定性测量,验证了气体压强的改变对液体内部压强有着不可忽视的影响.在气压减小而液面上升的特殊情况下,实验得出的液体压强变化与利用液体平衡状态分析得出的结果一致.围绕此话开展研究性学习,可以加深学生对液体压强公式的理解.     

基于伯努利定理的流水法测量水流速度

对于侧壁有孔的敞口瓶,瓶中水流出的时间与出水口处的压强存在定量关系,根据伯努利定理,水管中的水流速度与压强也存在定量关系.结合上述定量关系,提出了通过测量敞口瓶中水流出的时间来测量水管中水流速度的方法——流水法.制作测试瓶,运用加氧泵搭建测试系统测量了水流速度,推导出敞口瓶中水流出时间与水管中水流速度的定量关系.     

一种新型TEA CO2激光器的实验研究

设计了一种新型结构的激光器———双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积,更好地满足了激光差分吸收雷达光源体积小,重量轻,输出能量高的要求。得到激光器输出能量与气体工作气压的关系曲线,获得了激光器内工作气压与输出脉宽关系曲线,发现脉冲宽度大约在50~70ns之间变化,研究了气体压强对激光器输出脉冲峰值功率的影响。     

气体峰值吸收系数随压强变化关系的理论分析

峰值吸收系数对于污染气体的定量分析以及分子参数的理论研究等都具有非常重要的意义。文章首先从理论上分析了气体的吸收系数α(ν) ,得出计算α(ν)的一般方法。其次通过分析甲烷 2ν3 带R3支吸收线 ,得出峰值吸收系数α(ν0 )随压强的变化关系 ,得到压强在 <0 0 3和 >2atm时 ,可分别用Gauss线型和Lorenz线型来计算峰值吸收系数 ,理论上得到很好的结果 ,并对结果进行了误差分析。最后讨论了单位长度峰值吸收κ(ν0 )随压强的变化关系 ,分析得出气体压强在 <0 1和 >1atm时可分别作为获得高分辨率和高灵敏光谱的气压条件     

激光拉曼定量分析氘气方法研究

应用拉曼光谱法对氘气在不同条件下的谱峰信噪比进行了实验研究。采用32 mW功率的Ar+激光器(514 nm),通过石英玻璃管,研究了光栅、激光功率、曝光时间和气体压强对氘气拉曼谱图信噪比的影响,得出了氘气拉曼光谱信噪比与激光功率、曝光时间和气体压强呈正比关系。绘制出适用于本套实验仪器的不同压力与信噪比的标准曲线,并用三组随机样品对关系式SNR(J 2→2)=10.6×10-4p+1.271 34进行验证。当氘气压强为21 280 Pa时,相对误差是4.8%,并且当压强增大到67 235 Pa时,相对误差下降到1.46%。     

空气密度与气体普适常量测量实验的改进

对测量空气密度和气体普适常量实验装置进行改进,用圆柱形有机玻璃密度瓶代替玻璃密度瓶,用高精度指针式真空表代替热偶真空规式真空计,利用橡胶管和密度瓶接口处的缓慢增气特性来改变空气压强,用电子物理天平称量气体质量,改进后的装置较适合学生实验.     

基于光腔衰荡光谱技术的压力计校准方法

压强是工业生产过程中的一个重要参数,其准确测量是过程控制的关键。气体分子光谱线型和线宽取决于分子间相互作用和温度、气压等因素,利用窄线宽气体吸收光谱的压力展宽效应,可通过高分辨地测量气体吸收谱线得到压强信息,实现压力计校准。提出了一种基于光腔衰荡光谱技术和气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法。采用5.2 μm可调谐量子级联激光器,基于连续光腔衰荡光谱技术建立了压力计校准实验装置。室温下,测量水汽在1 877 cm-1附近的一吸收谱线,线宽为0.084 21 cm-1,重复性测量误差小于1.53×10-4 cm-1,对应的压强大小为98.12 kPa,检测灵敏度优于0.18 kPa,与高精度压力计读数98.14 kPa一致。利用测试谱线线宽与压强的关系得到压力展宽系数(0.087 12±0.000 965) cm-1·atm-1,与HITARN数据库参考值0.087 1 cm-1·atm-1一致。实验校准了一小量程压力计。结果表明基于光腔衰荡光谱的高分辨吸收谱线测量在压强检测和压力计校准领域具有很好的应用前景。     

利用DISLab传感器探究水的沸点与大气压强的关系

针对"密闭气体压强与温度间的关系"实验的不足,将DISLab应用到实验中,通过DISLab的压强传感器和温度传感器可以直接精确地读出密闭气体的压强和温度,直观地显示出"压强减少、水的沸点降低"及"压强升高、水的沸点升高"的规律.     

3 016.49 cm-1波数下变气压、温度的甲烷吸收系数计算研究

红外甲烷传感器根据朗伯-比尔定律对甲烷的浓度进行检测,而吸收系数是朗伯-比尔定律中的重要参数,其受温度和压强的影响变化较大,其变化会导致浓度测量的误差,因而研究不同温度、气压下甲烷吸收系数的变化规律对设计高精度的红外甲烷传感器有重要意义。文献报道中,一般采用获得测量甲烷浓度受环境影响的实验数据,再加以数学处理的方法,对测量误差进行补偿和修正。该工作以分子光谱分析理论为基础,以3 016.49 cm-1波数的甲烷为研究对象,利用HITRAN数据库的甲烷数据,设计了Python程序调用HAPI函数,拟合计算出甲烷吸收系数随温度、气压的变化规律,并通过傅里叶红外光谱对甲烷吸收系数的变化规律进行实验验证。结果表明,在3 016.49 cm-1处,水分子（湿度的影响）对于甲烷吸收系数的影响很小,可以忽略不计;温度和气压对吸收系数有一定的影响,当气压为1.0 atm,温度在-10～50 ℃范围内升高时,甲烷吸收系数减小,吸收系数与温度的关系呈线性关系;当温度为273.15 K时,气压在0.6～1.2 atm升高时,甲烷收系数增加,吸收系数与气压关系呈线性关系。最后拟合出的吸收系数与温度、气压的公式,k(T, p)=53.65(±3.24)-0.114 6(±0.010 7)T+21.07(±0.95)p。实验中甲烷标准气体的浓度分别为1.01%,2.00%,3.51%和5.06%,通入直径为2.5 cm,长度为8 cm的短光程石英气体池中,通过改变气体的气压及温度,从傅里叶红外光谱仪获得甲烷的吸光度,由于受实验仪器分辨率的影响,如直接通过吸光度反演甲烷浓度其误差较大,采用吸收系数与吸光度的比值来判断吸收系数拟合的正确性。结果表明,浓度为定值,气压与温度变化时,吸收系数与吸光度之比基本为定值,从而证明了计算拟合出的甲烷吸收系数随温度压强变化的正确性。     

对"气压类科学玩具"课程化的研究——科学玩具物理教育功能开发和研究系列之四

在孩子们所喜爱的玩具中，有许多涉及气体压强变化规律的玩具．传统的玩具有桔皮枪、气球、紫砂尿娃、饮水鸟等；目前市场上较为普遍的还有气压摇铃、气压水枪、气压跳马等．这些玩具，现象奇妙、易于操作，因而在不同年龄段的儿童中广为流行．     

等离子体电磁加速器中快速电磁阀气体注入特性研究

在注气持续时间短、注入气体质量大的快速电磁阀测量中,采用高频响应压力传感器在电磁阀出口测量了气体的动态压力,通过真空室注气前后的压强差测量了注入气体的质量。研究表明,驱动电流、位移限定以及背景气压对气体注入特性有显著影响。当阀片受到的电磁力远大于背景气压造成的阻力时,增大驱动电流和增大背景气压都会加速流道口气体流动,提高气体注入量;电磁阀最高流速超过当地声速,流道应该设计成扩张式,且流道的长度要求尽可能短;电磁阀的注气持续时间主要由阀片的运动时间以及阀片关闭后气体在流道内扩散速率决定的。     

焦耳级放电激励紫外预电离HF激光器

研制了一台采用紫外火花预电离和横向放电结构的非链式电激励脉冲HF激光装置,采用氢闸流管结合一级磁脉冲压缩开关的高功率电激励系统。实验研究了激光工作介质SF6,H2不同压强比和总工作气压对激光输出能量的影响,得出了最佳气体组分,确定了最佳工作气压。总气压在8.8 kPa,气体组分H2与SF6气压比为1:9时,获得最佳的激光输出,输出能量达到1.3 J,激光器的光电转换效率达到2.4%。:     

等离子体电磁加速器中快速电磁阀气体注入特性研究

在注气持续时间短、注入气体质量大的快速电磁阀测量中,采用高频响应压力传感器在电磁阀出口测量了气体的动态压力,通过真空室注气前后的压强差测量了注入气体的质量。研究表明,驱动电流、位移限定以及背景气压对气体注入特性有显著影响。当阀片受到的电磁力远大于背景气压造成的阻力时,增大驱动电流和增大背景气压都会加速流道口气体流动,提高气体注入量;电磁阀最高流速超过当地声速,流道应该设计成扩张式,且流道的长度要求尽可能短;电磁阀的注气持续时间主要由阀片的运动时间以及阀片关闭后气体在流道内扩散速率决定的。     

关注学生核心素养 体验创新科学实验——以“流体压强”实验改进为例

以初中物理“流体压强”为例,利用改进的“液体压强与流速演示器”“气体压强与流速演示器”以及“探究飞机升力演示仪”呈现更加鲜明的实验现象,同时结合自制“流速演示仪”从直观现象入手,打破了以往教学的局限性,让学生亲历探究过程,体验有利于培养核心素养的创新科学实验,有效地落实了国家提出的核心素养发展要求.