- •Введение
- •Измерение. Погрешности измерений
- •Методика вычислений инструментальных погрешностей прямых (непосредственных) измерений
- •Методика оценки случайных погрешностей прямых равноточных измерений
- •Записывается результат измерения:
- •Методика оценки случайных погрешностей косвенных измерений
- •Правила приближенных вычислений, записи погрешностей и результатов измерения
- •Методика построения графиков и графическое определение погрешностей
- •Величины нагрузки p
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Лабораторная работа №1 Изучение законов вращательного движения с помощью маятника Обербека
- •Краткая теория
- •Рассмотрим некоторые из названных и другие величины
- •Выполнение работы
- •Вычисление погрешностей
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2
- •Теория метода
- •Порядок выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Вязкость жидкости
- •1. Определение коэффициента вязкости жидкостей капиллярным вискозиметром
- •2. Определение коэффициента вязкости жидкости с помощью медицинского вискозиметра
- •3. Определение коэффициента вязкости жидкостей методом Стокса
- •Порядок выполнения работы
- •Зависимость коэффициента вязкости дистиллированной воды от температуры
- •Метод измерения вязкости медицинским вискозиметром
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости
- •Краткая теория
- •И на ее поверхности
- •Некоторые методы определения коэффициента поверхностного натяжения
- •1. Метод отрыва капель
- •2. Метод отрыва кольца
- •3. Метод определения кпн. По высоте поднятия жидкости в капилляре
- •Выполнение работы
- •Порядок выполнения:
- •Зависимость значений кпн (н/м) дистиллированной воды от температуры
- •Контрольные вопросы
- •1. Метод непосредственного измерения
- •2. Определение влажности воздуха с помощью гигрометра Ламбрехта
- •3. Определение влажности воздуха аспирационным психрометром Ассмана
- •4. Определение влажности воздуха с помощью психрометра Августа
- •Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Устройство и принцип действия аппарата для гальванизации
- •Порядок выполнения работы
- •Задание по уирс
- •Усиление электрических колебаний с помощью транзисторов
- •Статические характеристики транзистора
- •Порядок выполнения работы
- •Конторольные вопросы
- •Лабораторная работа №8 Электрические методы измерения неэлектрических величин
- •Краткая теория
- •Параметрические датчики
- •Генераторные датчики
- •Характеристики датчиков
- •Условие равновесия моста Уитстона
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №9 Изучение центрированной оптической системы
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Дополнительная литература
- •Содержание
Теория метода
Звуковые волны в газах являются продольными и представляют собой последовательные сжатия и разрежения частиц газа. Скорость распространения звуковой волны зависит от упругости газа и его плотности:
, (10)
где Е– модуль упругости (Юнга).
Модуль упругости Е, по определению, есть коэффициент пропорциональности между относительным удлинением телаи приложенным к нему напряжением(т.е. растягивающей силе на единицу площади):
, откуда .
В продольной волне при одностороннем растяжении относительное удлинение равно относительному увеличение объема, а роль напряжения играет изменение давленая,р. Полагая изменения объёма и давления бесконечно малыми и принимая во внимание, что увеличение давления соответствует уменьшению объёма, для модуля упругости газа можно написать равенство:
. (11)
При распространении волн в газовой среде вследствие сжатий и разрежений происходит изменение температуры различных участков. Причём опыт показал, что для звуковых волн за время одного колебания температура между сжатыми (и тем самым разогретыми) и разреженными (и тем самым охлаждёнными) областями волны не успевает выравниваться. Поэтому кратковременные процессы сжатия и разрежения можно считать происходящими без теплообмена, т.е. адиабатическими.
Дифференцируя уравнение Пуассона (9), получим:
, откуда . (12)
Подставляя выражение (12) в равенство (11), для модуля упругости получим:
(13)
Плотность раза можно получить из уравнения Клайперона- Менделеева:
(14)
Подставляя (13) и (14) в (10), получим , откуда:(15)
Таким образом, для определения показателя адиабаты достаточно измерить абсолютную температуру газа и скорость распространения звука в нем (молярная масса газа считается известной). В вашей работе газом является воздух и его молярная масса = 29 кг/кмоль. Скорость же звукаизмеряется с помощью установки, изображенной на рис. 1. Звуковые колебания возбуждаются в трубеТтелефономТф, укрепленным на конце подвижного поршняП, а улавливаются микрофономМу открытого конца трубы. Телефон подключается к звуковому генераторуЗГ, а возникающие в микрофоне электрические сигналы наблюдаются на экране осциллографаЭ0.
Колебаний мембраны телефона приведут в движение частицы воздуха, прилегающие к ней, которые в свою очередь приведут в движение находящиеся за ними соседние частицы и т.д., то есть в трубе будет распространяться звуковая волна. Эта волна будет испытывать многократные отражения от закрытого и открытого концов трубы, поэтому звуковые колебания в результате наложения на первоначальную волну всех отраженных волн, вообще говоря, имеют сложный вид. Картина значительно упрощается, если в трубе возникает акустический резонанс, которому соответствует резкое увеличение амплитуды электрических колебаний, наблюдаемых на экране осциллографа.
Рисунок 1. Установка, для измерения скорости звука в воздухе
Резонанс- это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний и колебательной системе при приближении частоты вынуждающей внешней силы к частоте какого-либо собственного колебания данной системы. В нашем случае имеем акустический резонанс, при котором колебания частиц воздуха на выходе трубы достигают максимальной амплитуды. Это произойдет в том случае, если частота звуковых колебаний мембраны (вынуждающей силы) приближается к одной из собственных частот колебаний столба воздуха в трубе между поршнем и открытым концом. Для этого необходимо, чтобы длинаLnэтого воздушного столба удовлетворяла условию:
,
где - длина волны звука в трубе,n– любое целое число (n=1, 2, 3,…).
Скорость же звука связана с его частотойи длиной волнысоотношением:
Подбор условий для получения резонанса можно осуществить двояко:
при постоянной частоте звука, а, следовательно, и длине звуковой волны,можно изменять длину воздушного столба, получая ряд последовательных резонансов. При постепенном увеличении длины столба воздуха значения её при резонансе равны:
Отсюда следует, что волна изменить длину резонирующего столба воздуха на /2, то полученный столб также будет резонировать. Действительно, наименьшая разность длин двух воздушных столбов, в которых возникает резонанс, равна:
Определив l, можно найти и:
Зная частоту , находим и скорость звука:
. (16)
при постоянной длине столба воздуха L1изменяют частоту звуковых колебаний от 200 Гц и выше, определяя частоту, при которой впервые в трубе возникает резонанс. Очевидно, что в этом случаеn=1иоткуда=4L1.ЗнаяL1=constи найдя соответствующую частоту, находят:
(17)