Трудность измерения теплоемкостей газов обусловлена действием двух противоречивых требований к эксперименту. С одной стороны, для обеспечения высокой точности измерения переданной газу теплоты при малых изменениях температуры надо, чтобы количество переданной теплоты было, по возможности, большим (по сравнению с изменениями внутренней энергии калориметра и окружающих измерительную установку тел). Этого можно добиться путем использования больших количеств газа. С другой стороны, для сокращения тепловой утечки надо, по возможности, уменьшать размеры камеры, содержащей газ. Этого можно добиться путем использования как можно меньших количеств газа. По этой причине набор методов измерения теплоемкостей газов не велик. Рассмотрим два из них.
1.2.1 Измерения теплоемкости газов при постоянном объеме
(метод Жоли)
На следующем рисунке приведена схема измерительной установки. Калориметр состоит из камеры К, в которой на концах коромысла точных весов В подвешены два одинаковых пустотелых медных шара Ш1 и Ш2, снабженных тарелками снизу и отражателями сверху. Один из шаров откачивается, другой наполняется исследуемым газом. Для повышения теплоемкости газа его вводят под большим давлением (до 20 атм). Массу введенного газа измеряют с помощью весов.
После установления теплового равновесия в системе камера-шары в камеру впускают водяной пар (трубки для входа и выхода пара расположены на передней и задней стенках камеры и на рисунке не видны). Пар конденсируется на обоих шарах, нагревая их, и стекает в тарелки. На шаре, заполненном газом, наберется больше конденсата, чем на пустом из-за большей теплоемкости (на величину теплоемкости газа). С помощью тех же весов измеряют избыток конденсата. Если избыточная масса конденсата m, то, умножив ее на удельную теплоту испарения воды l, получим тепло, которое пошло на нагревание газа от начальной температуры T1 до температуры газа T2. Разность температур T2-T1 измеряется термометром. Таким образом, имеем:
ml=McV(T2- T1), (6)
где M - масса газа, cV - удельная теплоемкость газа. Если теплоемкость зависит от температуры, то измерения должны проводиться так, чтобы разность T2-T1 была по возможности меньшей.
