Устройства и оборудване: Експерименталната настройка FPT 1-7.
Цел: Измерване на скоростта на звука във въздуха при различни температури и определяне метод резонанс Поасон коефициента за въздух.
Еластични вълни посадъчен в наречен еластична среда механични смущения (деформация). За разлика от твърди вещества, газове не проявяват устойчивост на срязване, така че само надлъжни вълни могат да се появят в тях. Звуковите вълни са еластични вълни с ниска интензивност с честоти от 01.01.010 Hz, които могат да причинят усещане.
Звуковите вълни се разпространяват във въздуха под формата на променлив сгъстяване и изтъняване плътности. Плътност Колебанията в акустична вълна са толкова бързо, че за пренос на топлина между местата на кондензация и разреждане едва ли се дължи на лоша топлопроводимост. Следователно, разпространението на звукови вълни в газа може да се счита като адиабатно (няма пренос на топлина).
Адиабатен процес, описан от уравнението на Поасон (уравнение адиабатен процес)
където р - газ под налягане; V - обем на газ; г - съотношение на Поасон.
Скоростта на звука в газа може да бъде изчислена по формулата
Съотношението на р / г е установено от уравнение Менделеев-Clapeyron
Заместването (3.11) в (2.11) дава формула Лаплас за изчисляване на скоростта на звука в газа:
От уравнение (11.4) определяне на съотношението на Поасон:
където М - моларен маса на газ (въздух М = 29 · 10-3 кг / мол); ф - скоростта на звука в газа; R = 8,31 J / мол · К - е универсална константа на газа; Т - абсолютна температура (K).
По този начин, за определяне на Поасон съотношение г газ достатъчно, за да се измери температурата Т и U скоростта на звука в газа.
Скоростта на звука при дадена температура може да се определи по метода на резонанс. Нека звуковата вълна се разпространява в газа в гладка права тръба с постоянно напречно сечение, затворени в двата края. По време на размножаване по такъв затворен канал, той е многократно отразена от краищата и звукови вибрации в канала - в резултат на наслагване на тези вълни. Каналът образувана от постоянна вълна. Амплитудата на колебание варира от точка до точка на синус или косинус функция. Ако канал дължина L на равен на цяло число от половината
(Където п - цяло число, L - дължина на вълната), вълна, отразена от крайната повърхност на канала, връщайки се към началото и отразява отново, от фаза с инцидент (източник) вълна. Тези вълни се подкрепят взаимно, амплитудата на колебание, докато се увеличава драстично - резонанс се случва. Това означава, че каналът ще бъде постоянен вълна с максимална амплитуда. Когато звукови вибрации газ слоеве съседни до краищата на канала не се изпитват изместване (вибрации амплитуда е нула). В тези места се образуват компенсирани единици. се повтарят в л / 2 по цялата дължина на канала. В средата между възли са точките, в които амплитудата достига максимум - е antinode на изместване.
Скоростта на звука, свързани с ф п честота на трептене и съотношение дължина на вълната л ф = LN. срещу които условието за резонанс (11.6) може да се запише като
където п 0 - резонансна честота (естествена честота).
Уравнение (11.7) п 0 на резонансната честота на резонансната брой п може да бъде проверена експериментално. Чрез вариране на честотата на трептене при постоянна дължина на канала трябва да бъде нанесено п = 0 е (п), ъгловата коефициент на които определят скоростта на звука.
За определяне на коефициента на Поасон за метод въздух резонанс използва експериментална настройка FPT 1-7, общата форма на който е показан на фиг. 11.1.
1- тръба с нагревателя; 2 - Инструмент единица; 3 - цифров контролер за измерване на температурата;
4 - цифров контролер за измерване на честотата; 5 - амперметър;
6 - единица елемент операция; 7 - зъбна рейка;
Редът на изпълнение
1. Включете настройката превключвате превключвате "Мрежа". От показания цифров индикатор "Температура" записва температура Т в таблица 1. 11.1.
2. Поставете дръжката "Просто" да вдясно (до максимума), дръжката "груб" ( "Честота"), разположен от лявата страна (до минимум). Лост "Повишаване" коригира индикатор чувствителност резонанс (стрелката трябва да е приблизително една трета скала).
3. Бавно се увеличава с лост "груби" честотата на трептене, даден от звуковия генератор, определяне на честотата на първия резонанс n0-голямото отклонение на показалеца на резонанса на индикатора мащаб. Измерванията, съхранява резултатите в таблица. 11.1.
4. Много бавно увеличаване на честотата на трептене с "приблизително" [1], определят честотата 3 допълнителни резонанси. В този малък върхове не е нужно да се вземат под внимание: индикаторът стрелка резонанс резонанс трябва да достигне почти до края на скалата. измервания, съхранява резултатите в таблица. 11.1.
5. завой превключване "нагряване" и контрол на температурата на нагряване температурата повишаване на въздух в тръбата 2 до Т = 40 ... 45 ° С Подкрепа с този контрол на температурата в тръбата в диапазона от [2], извършва измервания на претенциите. 2-4. Запазвайки диапазона на температурата, необходима за разглеждане на инерцията на нагряване и охлаждане (забавяне).
6. Чрез повишаване на температурата на нагряване на въздух асансьор тръба 3 до Т = 55 ... 60 ° С Докато температурата се поддържа в тръбата в този диапазон извършва измерване на претенциите. 2-4.
7. регулиране на температурата в отоплителната разположен в лявата позиция, превключвателя се изключи "отопление" дръжка "Подобряване", "Груба" и "Фин", разположен от лявата страна, а след това изключете чашата настройка "Мрежа".
8. За всяка стойност на температурата в тръбата (за всяка температура), се изчислява изчисляване на скоростта на звука съгласно формулата където разстоянието между отразяващите повърхности на тръбата L = 0,51 м. Подход на учителя за преглед.
9. Според намерени резултати за скоростта на звука стойности направи грубо изчисление на коефициентите на Поасон по формулата (11.5). Подход на учителя за преглед.
Обработка на резултатите от измерването
1. изграждане на графика на резонансната честота на броя на резонанс за всяка температура и определяне на ъгловите коефициенти за всяка графика.
2. За всяка стойност на температурата на въздуха в тръбата, като се използва полученият ъглови коефициенти Ка. определи скоростта на звука ф от формула ф = 2L х съотношение с формула (11.5) Ка и Поасон.
Не оставяйте уреда с нагревателя на без надзор.
Тестовите въпроси
Какво се нарича топлинен капацитет на тялото? Специфична топлина? Молар топлинен капацитет? Защо CP повече от в о? Какъв е физичния смисъл е универсалната газова константа Р. Какво е съотношението на Поасон? Какво се нарича еластичните вълни? Звуковите вълни? С какво процес може да включва разпространението на звука в газа? Защо? Какво процес се нарича адиабатно? Напишете уравнението на адиабатно процес. Различните графики адиабатни и изотермични процеси с обща отправна точка? Какво е метода на резонанс за определяне коефициент на Поасон? Как работи със скоростта на звука честотата на звука? Какъв е отговорът? Какво е за изместване възли, antinodes на изместване? Поради някаква формула ли брои скоростта на звука в работата? Какво е числено равна на съотношението на Поасон за различни газове?
Съставител препаративна. 06.30.11
[1] Първият пик може да се намери по-точно с помощта на писалка в допълнение към "груби" бутон "само" и бутон "Усилване". Последващите пикове намерят този метод е проблематично, т. К. стрелка "прескача" индикатор резонансна честота поради нестабилност.
[2] В точно зададената температура (за постигане на термично равновесие състояние) по време на лаборатория проблематично, така резонанс може да се търси в определен температурен интервал, без да се обръща внимание на своите колебания.
Свързани статии