2.2.2. Описание установки.

Принципиальная схема установки для определения скорости звука в воздухе и парах различных жидкостей изображена на рис.2. В горизонтальной трубе 1 располагаются излучатель 2, закрепленный в одном торце трубе, и приемник 3, который закреплен на подвижной металлической трубке 4. Положение приемника 3 в трубе регистрируется с помощью измерительной линейки 5, жестко соединенной с трубкой 4. Излучатель 2 подключается к звуковому генератору 6, сигнал с приемника 3 поступает на осциллограф 7.

С помощью насоса 8 из трубы 1 можно откачивать воздух и заполнять её парами исследуемой жидкости из сосуда 9. Контроль процесса откачки воздуха и заполнения трубки парами осуществляется с помощью вакуумметра 10.

Метод определения скорости звука в воздухе и парах исследуемых жидкостей основан на измерении длины волны Я в среде. При работающем непрерывно излучателе на фиксированной частоте fв звуковой трубе 1 возникают стоячие волны. Максимум амплитуды стоячих волн наблюдается при условии, что расстояние Lмежду излучателем и приемником, выполняющим также роль отражателя, равно целому числу полуволн, т.е.L=nλ/2

Рис.2. Схема экспериментальной установки для измерения скорости звука в газах.

1 - труба; 2 -излучатель; 3 - приемник; 4 -подвижная металлическая трубка; 5 -измерительная линейка; 6 - звуковой генератор; 7-осциллограф; 8 - насос; 9 - сосуд с парами исследуемой жидкости; 10-вакуумметр.

2.2.3. Измерения и обработка результатов.

1. Включить генератор, осциллограф и убедится в прохождении сигнала по звуковой трубе.

2. Установить частоту

3. Измерить длину звуковой волны в воздухе с помощью измерительной линейки 5-6 раз, настраивая систему в резонанс поочередно на 1-ый и 3-ий максимумы сигнала. Можно измерить половину длины волны, настраивая звуковую трубу на 1-ый и 2-ой максимумы.

4. По формуле

рассчитывать скорость звука в воздухе и с

рассчитать y для воздуха.

помощью формулы (14) для

Определить число степеней свободы i молекул.

5. С помощью насоса 8 откачать воздух из трубы, заполнить её парами исследуемой жидкости.

6. Выполняя действия, описанные в пунктах 1-4, измерить длину

волны, рассчитать скорость звука и для паров

исследуемой жидкости. Определить число степеней свободы i молекул исследуемого вещества.

2.2.4. Контрольные вопросы.

1. Какими уравнениями описывается движение идеальной жидкости и газа?

2. Как записываются основные уравнения гидродинамики для одномерной задачи и в неподвижной среде?

1. Как получается волновое уравнение, каково его решение?

2. Используя соответствующие уравнения процессов, вывести формулы для скорости звука Лапласа и Ньютона?

3. Как скорость звука в газах зависит от температуры и вида газа?

Литература.

1. А.Н.Матвеев. Молекулярная физика. М.: Высшая школа 1987г. - 360с.

2. И.К.Кикоин, А.К.Кикоин. Молекулярная физика. М.: Наука 1978г.- 480с.

3. Сивухин. Курс общей физики, т.2 М.: Наука 1990г.- 592с.

4. И.В.Савельев. Курс общей физики. кн.З. Молекулярная физика и термодинамика. М.: Наука 1998г. -208с.

1. Теоретическая часть. 4

(1) 5

2. Экспериментальная часть. 12

δQ = dU + SA (1) 12

О = dU + δA = dU + pdV (2) 12

(9) 24

«Первое начало термодинамики» Методические указания к лабораторным работам по молекулярной физике для студентов физического факультета специальностей «Физика» и «Теплофизика».

Составители: Семихина Л.П., Семихин В.И., Ширшова А.В.,

Матаёв А.С.

Ответственный за выпуск: ШабаровА. Б.

Подписано в печать 08.02.2006г заказ № 86

Объем 2, О п.л. Тираж 1OO экз.

Издательство Тюменского государственного университета 625003, г. Тюмень, ул. Семакова, 10