Файл: Лабораторная работа 11 По дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) Тема Определение отношения теплоемкости воздуха при постоянном давлении к.docx

Скачать файл (0,42Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.11.2023

Просмотров: 60

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет
Кафедра общей и технической физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11

По дисциплине Физика

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Определение отношения теплоемкости воздуха при постоянном давлении к

теплоемкости при постоянном объеме для воздуха методом стоячей волны

Выполнил студент гр. ПМК-22 Николаев А.А.

(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)

Оценка:

Дата:

Проверил

руководитель работы:

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2022

Цель работы

Определить

методом стоячей звуковой волны.

Краткое теоретическое содержание

Явление, изучаемое в работе:

Стоячая звуковая волна

Основные определения:

Адиабатический процесс - термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не обменивается теплотой с окружающим пространством.

Волна – колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени.

Звуковые волны – распространяющиеся в среде упругие волны, обладающие частотами в пределах 16 – 20 000 Гц.

Стоячие волны – волны, образующиеся при наложении двух бегущих волн, распространяющихся навстречу друг другу с одинаковыми частотами и амплитудами. Образование стоячих волн наблюдают при интерференции бегущей и отраженной волн.

Частота колебаний – число полных колебаний, совершаемых в единицу времени.

Амплитуда – модуль наибольшего смещения от положения равновесия.

Длина волны – расстояние между двумя ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковой фазе.

Пучности стоячей волны – точки, в которых амплитуда максимальна.

Узлы стоячей волны – точки, в которых амплитуда колебаний равна нулю.

Скорость бегущей волны – скорость распространения колебаний в упругой среде.

Законы и соотношения:

Уравнение Пуассона для адиабатического процесса, протекающего в идеальном газе:

, где:

p – давление газа, (Па);

V – объем газа (м³);

– показатель адиабаты.

Уравнение Менделеева-Клапейрона: объем и давление идеального газа прямо пропорциональны массе и абсолютной температуре этого газа и обратно пропорциональны молярной массе

, где

- молярная масса газа (г/моль);

М- масса газа, (кг);

T- абсолютная температура, (К);

R- универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/(моль‧К)).

Схема экспериментальной установки

В экспериментальную установку (рис.2) входят: стеклянная труба, в которой

создаётся стоячая волна, звуковой генератор (ЗГ), микровольтметр, частотомер (Ч). В

стеклянную трубу вмонтированы неподвижный микрофон (М) и телефон (Т), который может свободно перемещаться вдоль оси трубы.

Рисунок 2. Экспериментальная установка

Звуковой генератор вырабатывает синусоидальное напряжение звуковой частоты, которое подается на телефон. Переменный ток приводит в колебательное движение мембрану телефона, являющуюся излучателем звуковой волны. Отражённая от противоположной стенки трубы волна движется навстречу излучаемой, и происходит их наложение. В результате в трубе возникает стоячая звуковая волна. В телефоне происходит преобразование механической энергии волны в энергию электрического тока, величина которого измеряется микроамперметром. Частота звуковой волны устанавливается лимбом на генераторе, точное значение частоты измеряется частотомером. При перемещении телефона вдоль трубы ток в цепи микрофона будет меняться от минимального, когда микрофон попадает в узел

, до максимального, когда он попадает в пучность. Таким образом, следя за показаниями микроамперметра, можно найти положения нескольких пучностей стоячей волны и вычислить ее длину.

Расчетные формулы

Длина бегущей волны:

,

(м);

Фазовая скорость:

, (м/c)

Показатель адиабаты:

C_p – теплоемкость при постоянном давлении, (Дж/(моль‧К));

C_v – теплоемкость при постоянном объеме, (Дж/(моль‧К));

– длина бегущей звуковой волны, (м);

– среднее расстояние между пучностями, (м);

 – фазовая скорость волны, (м/с);

ν – частота колебаний, (Гц);

 – отношение теплоёмкости при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме для воздуха;

 – молярная масса газа, (кг/моль);

R – универсальная газовая постоянная, (8,31 Дж/(моль‧К));

T – абсолютная температура, (K).

Погрешности прямых измерений

Формулы для расчёта погрешностей косвенных измерений

Квадратичная погрешность значение отношения теплоёмкости при постоянном давлении С_р к теплоёмкости при постоянном объёме C_V для воздуха:

Среднее значение отношения теплоёмкости при постоянном давлении С_р к теплоёмкости при постоянном объёме C_V для воздуха:

Абсолютная погрешность отношения теплоёмкости при постоянном давлении С

_р к теплоёмкости при постоянном объёме C_V для воздуха:

Таблицы с результатами измерений и вычислений

Физическая величина
Единицы измерения № опыта	Гц	м	м	м	м/с
1	1000	0,16
		0,33	0,17	0,34	340	1,36
		0,5	0,17	0,34	340	1,36
средние			0,17	0,34		1,36
2	1200	0,285
		0,43	0,145	0,29	348	1,42
		0,575	0,145	0,29	348	1,42
средние			0,145	0,29		1,42
3	1400	0,25
		0,37	0,12	0,24	336	1,05
		0,495	0,125	0,25	350	1,44
средние			0,1225	0,245		1,245
4	1600	0,21
		0,32	0,11	0,22	352	1,46
		0,43	0,11	0,22	352	1,46
		0,54	0,11	0,22	352	1,46
		0,65	0,11	0,22	352	1,46
средние			0,11	0,22	352	1,46
5	1800	0,19
		0,28	0,09	0,18	324	1,42
		0,385	0,1	0,2	360	1,5
		0,475	0,09	0,18	324	1,42
средние			0,22	0,187	336	1.44