ФИЗИКА3 БОЛЬШЕ ГОТОВОГО1 / 1-st / Механика / Лаба 11
.docЦель работы - определить = Cp/CV методом стоячей звуковой волны.
Общие сведения.
Звуковые волны являются продольными волнами сжатия и расширения, следовательно, их скорость зависит от упругих свойств среды.
Для вычисления необходимо определить скорость распространения звуковых колебаний. В данной работе эта скорость определяется методом стоячей волны – методом Кундта.
Если в трубе, один конец которой закрыт, возбудить звуковые колебания, в ней в результате наложения двух встречных волн (прямой и отражённой) с одинаковыми частотами и амплитудами будут возникать стоячие волны. В определенных точках амплитуда стоячей волны равна сумме амплитуд обоих колебаний и имеет максимальное значение; такие точки называются пучностями. В других точках результирующая амплитуда равна нулю, такие точки называются узлами. Расстояние между ближайшим узлом и пучностью равно /4, где - длина бегущей звуковой волны. Таким образом, измерив расстояние между узлом и пучностью или между двумя ближайшими пучностями (/2), можно найти длину бегущей звуковой волны .
Описание экспериментальной установки.
В экспериментальную установку (рис.1) 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 микрофоне происходит преобразование механической энергии волны в энергию электрического тока, величина которого измеряется микровольтметром. 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 микровольтметра, можно найти положения нескольких пучностей стоячей волны и вычислить ее длину.
Основные расчетные формулы.
- разность между соседними отсчетами положений телефона, при котором показание мкV максимально.
= 2 - длина бегущей волны для среднего расстояния между пучностями.
= - скорость бегущей волны, где - частота колебаний.
- где -отношение теплоёмкости при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме для воздуха, - молярная масса воздуха, - универсальная газовая постоянная.
Формулы погрешностей.
Таблица.
Номер опыта |
Номер измерения |
, Гц |
lk , м |
lk , м |
, м |
, м/с |
|
1 |
1 |
1000 |
0,170 |
0,173 |
0,346 |
346 |
1,420 |
2 |
0,343 |
||||||
3 |
0,517 |
||||||
2 |
1 |
1200 |
0,143 |
0,142 |
0,284 |
340,8 |
1,377 |
2 |
0,281 |
||||||
3 |
0,426 |
||||||
3 |
1 |
1500 |
0,227 |
0,115 |
0,230 |
345 |
1,412 |
2 |
0,343 |
||||||
3 |
0,458 |
||||||
4 |
1 |
1800 |
0,186 |
0,096 |
0,192 |
345,6 |
1,417 |
2 |
0,282 |
||||||
3 |
0,378 |
T = 294,2 K - температура воздуха в лаборатории.
Вычисления.
Расчет погрешностей.
Окончательные результаты.
Вывод.
Определили отношение теплоёмкости воздуха при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме методом стоячей волны. Во всех четырех проделанных опытах результаты примерно одинаковые, что позволяет судить о том, что измерения были достаточно точными.