Описание установки.

Схема установки представлена на рисунке. Звуковая волна создается в длинной стеклянной трубке 1, с одной подвижной стенкой М. Вдоль трубы расположена линейка 2. В неподвижной стенке трубы укреплен телефон Т, соединенный со звуковым генератором ЗГ. В подвижной стенке трубы укреплен регистрирующий микрофон, соединенный с входом электронного осциллографа ЭО. В стеклянной трубке происходит наложение бегущей волны от телефона Т и отраженной волны от подвижной стенки М. Результирующая волна – стоячая.

Порядок выполнения работы.

1. Включить звуковой генератор и осциллограф.

2. После прогрева приборов установить на звуковом генераторе частоту волны и необходимую амплитуду сигнала (по указаниям преподавателя).

3. Установить для удобства регистрации необходимую частоту развертки осциллографа. Перемещая подвижную стенку М, убедиться, что на экране осциллографа отчетливо видны максимальный по величине сигнал (пучность) и минимальный сигнал (узел).

4. Измерить координаты всех узлов и пучностей вдоль стеклянной трубки. Измерить температуру воздуха.

5. Вычислить среднее значение <> расстояния между узлами и пучностями.

6. Вычислить среднее значение скорости звука и среднее значение показателя адиабаты воздуха, используя формулы (6) и (11). Рассчитать погрешности измерения и .

7. Провести измерения и на других частотах (по указанию преподавателя), повторяя пп. 3 – 6.

8. Проанализировать полученные результаты.

Дополнительное задание.

Исследовать зависимость скорости звука в воздухе от частоты.

Контрольные вопросы.

1. Вывести выражение для скорости звука в газе.

2. Почему процесс распространения звуковой волны адиабатический?

3. Как, используя стоячие волны, можно определить скорость звука?

4. Как в данной установке определяются положения узлов и пучностей?

5. Чему равно теоретическое значение показателя адиабаты воздуха, вытекающее из классической теории идеального газа?

Список рекомендуемой литературы.

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Механика. Т. I. § 85. М.: Наука, 1979. 519с.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика. Т. 2. § 82. М.: Наука, 1990. 592с.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. I, § 97. М.: Наука, 1977. 352с.

4. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. § 99. M.: Наука, 1978. 480 с.

Лабораторная работа № 2–7.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫ ВОЗДУХА МЕТОДОМ КЛЕМАНА - ДЕЗОРМА.

Цель работы: ознакомление с методом измерения показателя адиабаты для воздуха при адиабатическом процессе расширения и последующем изохорическом нагревании.

Оборудование: установка, состоящая из стеклянного баллона с кранами, манометра и осушительного фильтра с порошком хлористого кальция, насоса и секундомера.

Введение.

Адиабатическим называется такой процесс, который протекает без теплообмена с окружающей средой. Быстропротекающие процессы можно считать адиабатическими, если за время протекания процесса теплообменом рабочего объема с окружающей средой можно пренебречь.

Адиабатический процесс в газе описывается уравнением Пуассона

(1)

где P₁,V₁ – первоначальные давление и объем газа;

P₂,V₂ – давление и объем газа после адиабатического процесса;

– показатель адиабаты.

Адиабатический процесс на диаграмме P–V изображается кривой , называемой адиабатой. Показатель адиабаты равен отношению теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме

(2)

Теплоемкостью тела называется отношение элементарного количества тепла , полученного телом, к соответствующему приращению dT его температуры

(3)

Если масса тела равна единице массы, то теплоемкость называют удельной. Теплоемкость одного моля вещества называют молярной. Для газов теплоемкость (как удельная, так и молярная) при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объеме C_P>C_V, так как при нагревании газа при постоянном давлении (изобарический процесс) подведенное к газу тепло идет на увеличение его внутренней энергии (а, следовательно, и температуры) и на совершение газом работы расширения для поддержания постоянного давления. Например, если газ заключен в сосуд с подвижным поршнем, обеспечивающим постоянное давление, то, нагреваясь, он расширяется и поднимает поршень, совершая, таким образом, работу против внешних сил. При нагревании при постоянном объеме (изохорический процесс) все тепло, подведенное к газу, идет на увеличение только его внутренней энергии.