Задание и отчетность

1. Плавно отключить арретирующее устройство и вращая левый барабан добиться, чтобы правый указатель весов установился на красной линии. Вращением правого барабана установить начальный вес пустой чашки.

2. Закапать пипеткой в чашку весов исследуемую жидкость (2-3 капли) таким образом, чтобы масса жидкости и стаканчика не превышала верхний предел измерения весов (100 мг).

3. Вращением левого барабана торсионных весов удерживать положение стрелки на красной линии.

4. Через каждые 2 мин (для спирта) или 1 мин (для ацетона) записывать значения массы.

5. П.п. 3-4 повторять в течении 20 мин.

6. Рассчитать среднее изменение массы стаканчика за 2 мин (1мин).

7. Найти изменение массы жидкости в секунду с единичной поверхности.

8. Рассчитать изменение энтропии жидкости по формуле (4), определив температуру опыта по комнатному термометру.

9. Оценить погрешности измерений и. Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 1.

мм

ацетон C₃H₆O r =501,6 кДж/кг

этанол (этиловый спирт) С₂H₅OH r =842,2 кДж/кг

Таблица 1

№№ пп	d		m1=const	m2
1.
2.
…..
10.
ср. знач.

Контрольные вопросы

1. Что называется скоростью испарения?

2. Энтропия, ее свойства и термодинамический смысл.

3. Можно ли считать процесс испарения изотермическим?

Литература

1. Кикоин В. Н. Кикоин А. П. Молекулярная физика.- М.: Наука., 1976.

2. Сивухин Л. В. Общий курс физики.- М.: Наука., 1975.

Р А Б О Т А № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ C_P/C_V ПО СКОРОСТИ ЗВУКА В ГАЗЕ И ЕЁ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Принадлежности: звуковой генератор, электронный осциллограф, микрофон, телефон, стеклянная трубка, лабораторный трансформатор, датчик температуры.

Теория

Отношение теплоемкостей газов  =Ср/Сv играет важную роль в теории идеальных газов, т.к. через него определяется число степеней свободы молекул . Кроме того, эта величина входит вуравнение адиабаты. Роль этой величины заключается еще в том, что, зная ее, можно не прибегать к измерениям С_v, которые всегда трудны. Значение С_v можно получить из измеренных значений С_р и .

Существует несколько способов измерений С_р/С_v. Наиболее удобным и точным из них следует считать метод, основанный на измерении скорости звука.

В механике скорость распространения звука определяется формулой:

(1)

где  –плотность газа, P–давление газа.

Качественно распространение звука в идеальном газе с молекулярной точки зрения можно описать так.

Колеблющееся тело (мембрана) подвергает газ периодическому сжатию и разрежению. При сжатии кинетическая энергия молекул возрастает, а сжатый слой газа нагревается. При разряжении же кинетическая энергия молекул уменьшается, а слой расширившегося газа охлаждается. Колебания плотности и связанные с ними колебания температуры в звуковой волне происходят настолько быстро, а теплопроводность газа настолько мала, что для таких процессов теплообмен не играет никакой роли. Разности температур между сгущениями и разрежениями воздуха в звуковой волне не успевают выравниваться, благодаря чему процесс распространения звука в газе надо рассматривать как адиабатический.

Полагая, что для адиабатического процесса (процесса, происходящего без подвода и отвода тепла) dQ=0, dU=CvdT, A=PdV, получим из первого начала термодинамики

CvdT+PdV=0. (2)

Из уравнения Клайперона–Менделеева

; (3)

исключая dT, получим

CpPdV+CvVdP=0. (4)

Введем обозначение

=Cp/Cv, (5)

тогда

PdV+VdP=0. (6)

Если в уравнение (6) вместо объема ввести плотность =m/V, то получим

Pd– dP=0 , (7)

отсюда

. (8)

Подставляя (8) в (1), получим скорость распространения звука в газе

, (9)

где R–газовая постоянная, T–температура, -молярная масса.

Преобразуя эту формулу, найдем:

. (10)

Таким образом, для определения показателя адиабаты достаточно измерить температуру газа и скорость распространения звука в газе (молярный вес газа предполагается известным).

В данной работе скорость распространения звука определяется в воздухе в диапазоне температур от комнатной до 95-97⁰С. Установка для измерения скорости звука изображена на рис.1.

Рис. 1. Установка для измерения скорости звука.

Звуковые колебания в трубе возбуждаются телефоном (электродинамиком). Колебания улавливаются микрофоном. Мембрана телефона приводится в движение переменным током звуковой частоты от звукового генератора ЗГ–10. Возникающий в микрофоне сигнал наблюдается на осциллографе СИ–1.

Звуковая волна, распространяющаяся вдоль трубки, испытывает многократное отражение от торцов трубки. Звуковые колебания в трубе являются наложением падающих и отраженных волн, и вообще говоря, очень сложны. Картина резко упрощается, если длина трубы равна целому числу полуволн, т. е.

(11)

где – длина волны звука в трубе, n– любое целое число, L-длина трубы.

Если условие (11) выполнимо, то волна, отраженная от заднего торца трубы, вернувшаяся к ее началу и вновь отраженная, совпадает по фазе с падающей.

Аналогичным образом совпадают по фазе волны, движущиеся от заднего торца к переднему, после второго отражения и после всех последующих отражений. Совпадающие по фазе волны усиливают друг друга. Амплитуда звуковых колебаний резко возрастает – наступает резонанс.

Скорость звука v связана с его частотой f и с длиной волны  соотношением

v=f . (12)

Если плавно изменять частоту звукового генератора, а следовательно длину звуковой волны, то возникновение резонанса можно наблюдать на осциллографе по резкому увеличению амплитуды колебаний.

Для последовательных резонансов имеем:

_n=2L/n ,

_n+1 =2L/(n+1) ,

v=2L(f_n+1 f_n)=2L(f_n+2  f_n)/2 . (13)

_n+k =2L/(n+k) ,

v=2L(f_n+kf_n)/ k . (14)

L=0,8 м.