ФИЗИКА3 БОЛЬШЕ ГОТОВОГО1 / 1-st / Механика / Лаба 19(12)паша
.doc
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)
Кафедра общей и технической физики
Отчёт по лабораторной работе №19.
По дисциплине: Физика
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Определение отношения теплоёмкости при постоянном давлении
к теплоёмкости при постоянном объёме методом стоячей
звуковой волны.
Выполнил: студент гр. ЭР-05-1 ___________ /Яковлев П.В./
(подпись) (Ф.И.О.)
Дата: 21.10.2005
ПРОВЕРИЛ:
Руководитель: доцент __________ /Пщелко Н.С./
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2005 год.
Цель работы - определить = Cp/CV методом стоячей звуковой волны.
Краткое теоретическое содержание:
Стоячие волны возникают при отражении волн от преград. Волна отражается от преграды, а другая бежит ей навстречу. Они налагаются друг на друга и дают стоячую волну. Неподвижные точки стоячей волны - узлы, места наибольшей амплитуды колебаний - пучность.
Адиабатический процесс - процесс, происходящий в термодинамической системе при отсутствия теплообмена с окружающими телами (Q = 0).
Уравнение адиабатического процесса:
. γ - отношение теплоёмкости газа при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме (γ - коэффициент Пуассона - величина безразмерная). Также эту величину можно записать при помощи степеней свободы: γ = , где i - количество независимых переменных, для определения положения системы в пространстве. В звуковой волне сжатия или расширения газа следуют друг за другом так часто, что смежные участки среды не успевают обмениваться теплом
γ>1 так как согласно уравнению Майера: Cp - CV = R.
R - универсальная газовая постоянная, численно равная работе, совершаемая одним молем идеального газа при изобарном повышении температуры на один градус Кельвина. R = 8,31 Дж/(моль·К).
Cp - теплоёмкость газа при постоянном давлении, [Cp] = Дж/(моль·К);
CV - теплоёмкость газа при постоянном объёме, [CV] = Дж/(моль·К);
р - давление газа, [р] = Па;
V - объём газа, [V] = м3.
Основные расчетные формулы:
- молярная масса газа, =0,29 кг/моль;
R - универсальная газовая постоянная,
R=8,31 Дж/(моль·К);
T - температура среды, [T] = К;
V - скорость распространения волны, [V] = м/с;
- частота колебаний, [] = Гц;
- длина бегущей звуковой волны, [] = м;
- разность между двумя соседними отсчетами, [] = м.
Схема установки.
В экспериментальную установку входят: стеклянная труба, в которой создаётся стоячая волна, звуковой генератор (ЗГ), микроамперметр, частотомер (Ч). В стеклянную трубу вмонтированы неподвижный микрофон (М) и телефон (Т), который может свободно перемещаться вдоль оси трубы.
Звуковой генератор вырабатывает синусоидальное напряжение звуковой частоты, которое подается на телефон. Переменный ток приводит в колебательное движение мембрану телефона, являющуюся излучателем звуковой волны. Отражённая от противоположной стенки трубы волна движется навстречу излучаемой, и происходит их наложение. В результате в трубе возникает стоячая звуковая волна. В телефоне происходит преобразование механической энергии волны в энергию электрического тока, величина которого измеряется микроамперметром. Частота звуковой волны устанавливается лимбом на генераторе, точное значение частоты измеряется частотомером. При перемещении телефона вдоль трубы ток в цепи микрофона будет меняться от минимального, когда микрофон попадает в узел, до максимального, когда он попадает в пучность. Таким образом, следя за показаниями микроамперметра, можно найти положения нескольких пучностей стоячей волны и вычислить ее длину.
Таблица измерений.
№ опыта |
Гц |
lk ,мм |
, мм |
мм |
м/с |
|
1-ый опыт |
1000 |
60 |
16 |
33 34 |
330 340 |
1,34 1,37 |
43 |
||||||
17 |
||||||
26 |
||||||
2-ой опыт |
1250 |
50 |
15 |
30 25 |
360 320 |
1,39 1,39 |
36 |
||||||
12 |
||||||
23 |
||||||
3-ий опыт |
1500 |
54 |
11 |
24 24 |
328.4 328.6 |
1,30 1,40 |
43 |
||||||
11 |
||||||
31 |
||||||
Погрешность прямых измерений |
Δℓn = 5 |
Δ(ℓn-ℓn-1) = 1 среднее=0.187 |
|
Т=297 +-0.1K |
|
Пример проведения расчетов:
Опыт 1:
; λ = 2·(430-160) = 261 мм
; V = 330·1000·10-3 = 330 м/с
; γ = 0,29·3302/8,31·297=1,34
Пример расчета максимальной погрешности косвенных измерений.
Опыт 1:
Δγ1=(2·1/170+2·1/1000+0,1/297)·1,355=0,02
Средняя максимальная погрешность:
;
Окончательный результат определения показателя адиабаты:
Вывод:
В эксперименте был определён коэффициент Пуассона γ = 1,40 ± 0,03 с помощью замеров расстояния между пучностями стоячей воды, что соответствует теоретическим значения γ, который изменяется от 1 до 1,67.
-