В.М. Анисимов, Г.Э. Солохина - Методические указаная к лабораторным работам и темы докладов (1012829), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Запишите связь термодинамических параметров для процессов,происходящих в установке.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 43Определение отношения теплоемкостей воздуха припостоянном давлении и постоянном объеме методоминтерференцииЦель работы: определение отношения теплоемкостей = СР/СV наоснове процесса распространения звуковой волны в газе и измеренияскорости звука методом интерференции.Методика измеренийУпругими волнами называются механические возмущения(деформации), распространяющиеся в упругой среде.
Звуковыми, илиакустическими, волнами называются упругие волны малойинтенсивности. Звуковые волны, способные вызвать звуковыеощущения, воздействующие на органы слуха человека, имеют частотыв пределах от 16 до 20000 Гц.Рассмотрим распространение звуковой волны в газе. Как известно,выражение для скорости продольных упругих волн в сплошной средеимеет видk(5.36)v,где k - модуль объемной упругости*, - плотность невозмущенной среды.Звуковая волна представляет собой перемещающуюся впространстве последовательность чередующихся областей сжатия иразрежения газа.
Сжатия и разрежения сменяют друг друга настолькобыстро, что теплообмен между слоями газа, имеющими разныетемпературы, не успевает произойти. Поэтому процесс распространениязвуковой волны в газе можно считать адиабатическим.*Модуль объемной упругости k аналогичен модулю продольной упругости (модулю Юнга),который характеризует одномерные деформации.151Выразим модуль объемной упругости k через добавочное давление dР,возникающее при сжатии газа, и относительную объемную деформациюdV/V. Полагая изменения давления dP и объема dV бесконечно малымиdP(5.37)k,dV Vгде знак минус означает, что увеличению давления соответствуетуменьшение объема.Запишем уравнение Пуассона (5.9), описывающее адиабатическийпроцесс в газеP V constи продифференцируем егоV dP PV 1dV 0.Откуда следуетdP(5.38)P.dV VРешив совместно (5.38) и (5.37), найдемk = Р.(5.39)Определим плотность газа из уравнения состояния (5.1) с учетомизвестной формулы m = V (m – масса газа):Р.(5.40)RTПодставляя (5.39) и (5.40) в (5.36), получаем формулу Лапласа длярасчета скорости звука в газеvRT,(5.41)из которой следует расчетная формула для определенияСР v 2.(5.42)СV RTТаким образом, для определения отношения теплоемкостей газадостаточно измерить его температуру и скорость распространениязвука в нем.В данной работе измерение скорости звука в воздухе производитсяметодом интерференции.
С этой целью звуковая волна от источникаколебаний разделяется на два звуковых потока, которые затемсоединяются друг с другом. Волны как бы исходят от двухкогерентных источников, и при их наложении будет наблюдатьсяявление интерференции.Изменяя длину пути одного из звуковых потоков, тем самым можноизменять разность хода двух волн и, следовательно, интенсивность152результирующей волны. Два соседних минимума (или максимума) приинтерференции соответствуют изменению разности хода на длинуволны .
Определив , скорость звука можно определить по формулеv = f,(5.43)где f - частота колебаний.Экспериментальная установкаДля определения отношения теплоемкостейметодоминтерференции предназначена экспериментальная установка, общийвид которой приведен на рис.5.11.BBСB23564генераторзвуковыхколебанийА1DРис. 5.11Установка состоит из генератора звуковых колебаний 6 и приборадля измерения скорости звука акустическим методом. Звуковыеколебания в приборе возбуждаются телефоном 5 и улавливаютсяслуховой трубкой 1.Прибор имеет две коленчатые трубки: АВD постоянной длины иАСD переменной длины (ее длину можно изменять перемещениемколена 2). Удлинение колена определяется по шкале 3.
Разность ходадвух волн равна удвоенному удлинению L колена 2, определяемомупо шкале 3.Порядок выполнения работы1. Подключить трубку телефона 5 к генератору звуковых колебаний6 и разместить ее в соответствующем гнезде прибора (рис.5.12).2. Включить генератор тумблером «Сеть» и установить частотуколебаний f = 1500 Гц.3. Услышав звук в слуховой трубке 1, медленно перемещатьподвижное колено 2 прибора.
Определить показания L по шкале 3,153соответствующие положению указателя 4 при всех минимумах звука.Результаты измерений занести в табл.5.11.4. Рассчитать расстояния L между всеми последовательнымиположениями указателя 4:L = Lк+1 – Lк,где к - номер минимума звука. Результаты записать в табл.5.11.Таблица 5.11№п.пfГцLмLмLмТКvм/с––1235.
Определить среднее значениеL для заданной частотыколебаний.6. Измерения по п.п 3...5 повторить для трех значений частотыколебаний f в диапазоне, равном (1500 - 6000) Гц.7. Определить для каждого значения частоты колебаний скоростьзвука по формуле (5.43), учитывая, что2 L.8.
Определить температуру Т в помещении лаборатории.9. Для каждого значения частоты колебаний по формуле (5.42)рассчитать отношение теплоемкостей воздуха , учитывая, чтомолярная масса воздуха = 29 10–3 кг/моль.10. Найти среднее значение .11. Оценить погрешность результатов измерений.12.
Выключить установку тумблером «Сеть».Контрольные вопросы1. Что называется адиабатическим процессом? Запишите уравнениеПуассона для адиабатического процесса.2. Что называется теплоемкостью газа и его показателем адиабаты?1543. Почему процесс распространения звуковой волны являетсяадиабатическим?4. Запишите выражение для скорости упругих волн в сплошнойсреде.5.
Для чего необходимо перемещать колено прибора?6. Опишите методику измерения отношения теплоемкостейметодом интерференции звука.155ТЕМЫДОКЛАДОВ1 СЕМЕСТР1. Наука древнего Востока.2. Возникновение науки в античной культуре.3. Корпускулярная и континуальная концепции в доклассическойнауке.4. Наука, вера, знание в условиях средневековья.5. Механистическая картина мира. Редукционизм.6. Симметрия и ее роль в нашей жизни.7.
Свойства пространства и времени и их связь с фундаментальнымизаконами.8. Современные понятия о пространстве и времени.9. Создание и становление специальной теории относительности.10. Основные принципы общей теории относительности.11. Альберт Эйнштейн и его вклад в развитие естествознания.12. Становление и развитие континуальной концепции.13. Возникновение и развитие принципов дальнодействия иблизкодействия.14.
Понятие поля и его роль в современной науке.15. Шарль-Огюстен Кулон и его вклад в развитие учения обэлектричестве.16. Андре-Мари Ампер и его вклад в развитие электродинамики.17. Никола Тесла – человек, опередивший свое время.18. Электромагнетизм и специальная теория относительности.19. Майкл Фарадей и его исследования в области электромагнетизма.20. Основные этапы развития знаний об электричестве и магнетизме.21. Природа и свойства электромагнитных волн.22. Начальный этап развития химии. Учение о составе вещества.23. Концепция структуры веществ: теория Фридриха Кекуле.24. Теория химического строения в трудах А.М. Бутлерова.25.
Периодическая система Д.И. Менделеева. Химические связиатомов.26. Основы классификации в трудах Карла Линнея.27. Теория эволюции Дарвина.28. Иоганн Мендель – основоположник теории наследственности.Законы Менделя.1562 СЕМЕСТР1. Квантово-волновой дуализм частиц.
Гипотеза де Бройля.2. Уравнение Шредингера – основное уравнение квантовой механики.3. Понятие о волновой функции. Ее физический смысл.4. Прохождение частиц через потенциальный барьер.5. Туннельный эффект и его роль в природе.6. Развитие знаний о строении атома.7. Модели атома в физике (от первой до современных).8. Квантовая механика и свойства химических элементов.9. Основные концепции квантовой механики.10. Построение таблицы Менделеева с позиций квантовой механики.11.
Ядерная энергетика. Виды ядерных реакторов.12. Ядерноеоружие, его разрушительная сила и опасностьуничтожения жизни на Земле.13. Элементарные частицы.14. Современные теории строения ядра.15. Проблемы термоядерного синтеза.16. Полупроводники. Полупроводниковые фотоэлементы, солнечныебатареи, диоды, транзисторы.17. Микро- и нано- системы и технологии, их роль в нашей жизни итехнике.18. Лазеры – их виды и свойства.19. Современные ускорители элементарных частиц.20. Сверхпроводники.21. Н.Н. Семенов – основатель учения о химическом процессе.22. Методы и способы регулирования скорости химических реакций.23.
Энергетика химических процессов.24. Основы катализа в химии.25. Элионные технологии (взаимодействие потоков ускоренных частицс обрабатываемыми материалами).26. Химия экстремальных состояний. Ее развитие в наше время.27. Развитие и становление классической термодинамики.28. Процессы в газах.
Уравнения состояния газов. Понятие об изопроцессах.29. Сравнениетермодинамического и статистического методовисследования многочастичных систем.30. Понятие энтропии и ее физический смысл.31. Второе начало термодинамики и «демон Максвелла».15732. Обратимые и необратимые процессы в природе.33. Статистические распределения в молекулярной физике.34. Термодинамика неравновесных систем.35. Явления переноса в неравновесных системах.36.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
