23

практически не искажённое за счёт влияния конечных размеров ящика.

Для исключения электролиза и поляризации электродов применяется переменный ток с напряжением 12 В, который подаётся от понижающего трансформатора.

Могут быть найдены точки равного потенциала, для чего штекеры наушников устанавливают так, чтобы звук в наушниках был минимальным или полностью отсутствовал.

Зная расположение эквипотенциальных поверхностей, можно построить картинусиловых линий (рис. 1, 2) в соответствии с соотношениями (1, 2):

Напряжённость поля в произвольной точке равна взятой с обратным знаком производной потенциала по нормали к эквипотенциальной линии, или что то же самое – равна взятому с обратным знаком градиенту потенциала

Порядок выполнения работы

1.Увлажняют и перемешивают песок, после чего с помощью линейки расчерчивают на его поверхности координатную сетку с расстоянием между линиями 5 см.

2.Вычерчивают в лабораторном отчёте аналогичную сетку в масштаб 1:5.

3.Подключают соединительные провода.

4.Подают напряжение U1.

5.При помощи вольтметра выбирают три разных потенциала относительно центрального электрода (модели рудного тела).

6.Строят эквипотенциальные линии, имеющие одинаковые потенциалы.

7.Bычерчивают схему расположения эквипотенциальных линий в лабораторном отчёте.

8.По снятой схеме эквипотенциальных поверхностей с учётом значений их потенциалов строят систему силовых линий.

Контрольные вопросы

1.Что называется напряжённостью электростатического поля Е?

2.В каких единицах измеряется Е?

3.Что называется потенциалом электростатического поля, в каких единицах измеряется потенциал и разность потенциалов?

4.Какая существует связь между напряжённостью Е и потенциалом ϕ ?

5.Какой вид имеют силовые линии и эквипотенциальные поверхности для поля сферически симметричного источника конечного радиуса; двух таких источников?

6.Какой вид имеют силовые линии и эквипотенциальные поверхности для поля бесконечно длинного линейного источника; двух параллельных бесконечно длинных линейных источников?

24

7. Какой вид имеют силовые линии и эквипотенциальные поверхности для поля бесконечной плоскости; двух параллельных плоскостей (в частности, плоского конденсатора)?

25

РАБОТА 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ γ = Ср МЕТОДОМ

Сv

АДИАБАТИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ

Приборы и принадлежности: стеклянный баллон, манометр, поршневой насос.

Введение. Теплоёмкостью тела называется величина, равная количеству тепла, которое нужно ему сообщить, чтобы повысить температуру на один градус: С = dQdT (размерность Дж/К; dQ – количество тепла; dT – изменение

температуры). Теплоёмкость единицы массы вещества – это удельная теплоёмкость (размерность – Дж/К кг). Теплоёмкость зависит от условий, при которых происходит нагревание тела: при постоянном объеме (Сv) или при постоянном давлении (Ср).

Если нагревание происходит при постоянном объеме, то тело не совершает работы над внешними телами. Всё тепло идёт на приращение внутренней энергии тела (dU): dQ = dU . Отсюда: CV = dUdT . Внутренняя энергия газа массы m

теплоёмкость идеального газа – постоянная величина, не зависящая от параметров состояния газа).

Если нагревание газа происходит при постоянном давлении Р, то газ расширяясь, совершает работу над внешними телами. Отсюда

характером степеней свободы молекулы. Отношение γ встречается при рассмотрении многих вопросов термодинамики, теплотехники, физхимии. Число степеней свободы (без учёта колебательных) для одноатомного газа равно 3, для двухатомного – 5 (3 поступательные плюс 2 вращательные), для трехатомного – 6 (3 поступательные и 3 вращательные).

Описание установки и метода измерений. Метод определения γ, описываемый в данной работе, основан на законах адиабатного расширения газов.

Спомощью насоса нагнетаем в сосуд некоторую массу газа m1 . При этом давление и температура в сосуде возрастают. Перекрываем кран L. В этот

момент давление и температура в сосуде соответственно равны p1 и T1 , масса газа m занимает уже не весь объем Vo, а его часть V1<V0 ( точка (b) на рис. 2).

Стечением времени происходит изохорический процесс II. Воздух в сосуде

охлаждается до комнатной температуры Т0, а да вление понижается, но превышает атмосферное давление на величину h1 ( далее р0 и h1 измеряют в одних и тех же единицах – миллиметрах водяного столба). Соответствующее

состояние (c) воздуха, взятого в количестве m, характеризуется параметрами р0 + h1, V1 , Т0 . На диаграмме (рис.2) оно обозначено точкой (c).

Для адиабатического расширения воздуха (III) быстро откроем клапан К , и как только давление впервые сравняется с атмосферным, закроем его. К концу адиабатического процесса ( на рис. 2 участок адиабаты изображен кривой III ) температура воздуха в сосуде уменьшается до Т2 ; масса воздуха m занимает объем V2<V0 , масса воздуха в сосуде превышает первоначальное его количество на некоторую величину m . Это состояние массы газа m (точка (d) на рис.2) имеет параметры р0, V2 , Т2.

После закрытия клапана К в течение некоторого времени происходит изохорический процесс IV. Воздух а сосуде нагревается от Т2 до комнатной температуры Т0, давление растет от р0 до р0 + h2. В конце процесса ( точка

(e) на рис. 2 ) масса воздуха m в сосуде обладает параметрами р0+ h2, V2 , Т0. Отметим, что состояния (a), (e) и (c) лежат на изотерме, отвечающей

температуре Т0 ( пунктирная кривая V на рис. 2). Состояния (c) и (d) связаны соотношением

28

вытекающим из уравнения Пуассона pV γ = const .

Переход из состояния (d) в состояние (e) происходит изохорически, поэтому

Из уравнений (1) и (2) получаем

В условиях опыта избыточное давление h2 мало по сравнению с атмосферным давлением p0 . Поэтому

Заменим правую часть уравнения (3) согласно (4), и разрешив полученное уравнение относительно γ , найдем

Формула (5) является расчетной при определении γ. Методика определения γ состоит в многократном вычислении его значения для каждой пары измеренных значений h1 и h 2.

Порядок выполнения работы

1.Закрывают кран и накачивают воздух в баллон так, чтобы разность уровней жидкости в манометре составляла 50 – 100 мм.

2.Выждав 3 – 5 мин (пока уровни в трубках манометра перестанут перемещаться), отсчитывают по шкале уровни жидкости в левой и правой трубках манометра X1, и X2 (отсчёт ведут по нижнему краю мениска).

3.Быстро (примерно на 1 – 1,5 секунды) открывают и закрывают кран. Выждав 3 – 5 мин, снова отсчитывают положение жидкости в трубках