- •Оглавление
- •Введение
- •Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов
- •Которое называется распределением Больцмана. Лабораторная работа 7 Определение постоянной Больцмана
- •Лабораторная работа Определение универсальной газовой постоянной
- •2. Явления переноса в термодинамически неравновесных системах
- •Лабораторная работа 13-1 Определение динамического коэффициента вязкости методом пуазейля
- •Лабораторная работа 13-2 Определение динамического коэффициента вязкости методом Стокса
- •Лабораторная работа Определение средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха
- •Лабораторная работа Определение коэффициента теплопроводности твердых тел
- •3. Термодинамика
- •Взаимосвязь между внутренней энергией, работой и теплотой (первый закон термодинамики)
- •Второе начало термодинамики
- •В незамкнутой системе энтропия всегда возрастает. Функция состояния, дифференциалом которой является , называется приведенной теплотой.
- •Основное уравнение термодинамики. Это уравнение объединяет формулы первого и второго начала термодинамики:
- •Подставим уравнение (3.9), выражающее второе начало термодинамики, в равенство (3.10):
- •Лабораторная работа 9 Определение отношения теплоемкостей газов методом клемана - дезорма
- •Лабораторная работа 11 Определение изменения энтропии при изохорическом процессе в газе
- •Лабораторная работа 10 Определение адиабатической постоянной по скорости звука в воздухе
- •4. Свойства жидкостей
- •Лабораторная работа 12 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Фундаментальные физические константы
- •Некоторые внесистемные единицы
- •Постоянные газов (при нормальных условиях)
Лабораторная работа 10 Определение адиабатической постоянной по скорости звука в воздухе
Цель работы: определить коэффициент Пуассона для воздуха, измеряя методом стоячей волны скорость распространения звука в воздухе.
Методика эксперимента
В настоящей работе необходимо определить экспериментально адиабатическую постоянную (коэффициент Пуассона) для воздуха. Один из способов определения основан на измерении скорости звука в газе. Как известно из теории, скорость звука v в газе определяется формулой
v = , (3.21) где R = 8,31 универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура; молярная масса газа.
Из уравнения (3.21) определяем коэффициент Пуассона
, (3.22)
следовательно, определив экспериментально v, можно найти .
Схема установки для определения скорости звука приведена на рис. 3.9.
На одном из концов стеклянной трубы Тр укреплен телефон Т, создающий с помощью звукового генератора ЗГ колебания заданной частоты. Вдоль трубы перемещается поршень П, в который вмонтирован микрофон М.
К олебания мембраны телефона передаются воздуху, и вдоль трубы начинает распространяться звуковая волна. Звук улавливается микрофоном, положение которого относительно мембраны телефона определяется по шкале Ш.
Громкость звучания столба воздуха в трубе определяется на слух или с помощью индикатора И (через усилитель У).
Возбуждая колебания определенной частоты с помощью звукового генератора ЗГ и перемещая поршень П в трубе, находят положения, соответствующие максимальному звуковому сигналу – x1, x2,…, xn.
Расстояния
между точками,
соответствующими
максимальному звуковому сигналу
Из выражения(3.23) следует: .
Известно, что длина волны связана с частотой соотношением
,
тогда ,
, (3.24) где n = 1, 2, 3,… число пучностей (положений поршня, соответствующих максимальному звучанию сигнала).
Порядок выполнения работы
-
Включить звуковой генератор ЗГ и индикатор напряжения И в сеть 220В. Прогреть 1 – 3 минуты.
-
Установить регулятор переключения частоты на 2000 Гц.
-
Перемещая поршень вдоль трубы, сосчитать число пучностей (максимальный звуковой сигнал), укладывающихся по всей длине трубки – n.
-
Измерить по линейке положение последней пучности – xn и координату начала трубы – x0.
-
Повторить пункты 2 4 с другими, указанными на панели прибора, частотами.
-
Снять показания температуры Т в лаборатории по термометру.
Результаты измерений занести в таблицу 3.3.
Таблица 3.3
|
x0, см |
xn, см |
n |
Т, К |
постоянные |
|
|
|
|
|
= 2910-3 кг/моль R = 8,31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обработка результатов измерений
-
По формуле (3.24) рассчитать скорость звука в воздухе, используя данные таблицы измерений, выраженные в единицах СИ.
-
По формуле (3.22) найти значение коэффициента Пуассона для воздуха.
-
Сравнить полученное значение коэффициента Пуассона с теоретическим. Сделать вывод по проделанной работе.
Контрольные вопросы и задания
-
Сформулируйте первое начало термодинамики.
-
Как определяется внутренняя энергия системы? Запишите выражение для внутренней энергии идеального газа.
-
Что такое число степеней свободы? Как определяется это число для одно-, двух- и трехатомных молекул?
-
Что называется удельной и молярной теплоёмкостями?
-
Какие физические величины обозначаются знаками СР и СV? Каким уравнением описывается связь между ними? Какие законы используются при выводе этого уравнения?
-
Какой процесс называется изотермическим? Изобарическим? Изохорическим? Адиабатическим? Запишите уравнения состояния для этих процессов.
-
Запишите первое начало термодинамики для всех изопроцессов и для адиабатического процесса.