Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образованияСанкт-Петербургский горный университетКафедра общей и технической физикиЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11По 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:Проверилруководитель работы: (должность) (подпись) (Ф.И.О.)Санкт-Петербург2022Цель работыОпределить методом стоячей звуковой волны.Краткое теоретическое содержаниеЯвление, изучаемое в работе:Стоячая звуковая волнаОсновные 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.Звуковыеволны – 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 установкиВ 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 установкаЗвуковой 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

---

1) Исходные данные: = 1000 Гц = 0,16 м = 0,33 м = 0,5 мТ= 297,65 К = 2,910^-2 кг/мольR = 8,31 Дж/(мольК)2) Примеры вычислений:Разность между соседними отсчетами для наблюдавшихся пучностей для первого опыта: = 0,33 м – 0,16 м = 0,17 м = 0,5 м – 0,33 м = 0,17 мСреднее расстояние между пучностями: = Длина бегущей волны: = 2‧0,17 м = 0,34 мФазовая скорость волны: = 0,34 м‧1000 Гц = 340 м/сОтношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме:Среднее значение отношения теплоёмкости при постоянном давлении С_р к теплоёмкости при постоянном объёме C_V для воздуха: Квадратичная погрешность значение отношения теплоёмкости при постоянном давлении С_р к теплоёмкости при постоянном объёме C_V для воздуха:Абсолютная погрешность отношения теплоёмкости при постоянном давлении

---

Смотрите также файлы

• I. Ответьте на вопросы.pdf

• Основы современного математического образования.ppt

• Содержание и методика проведения вступительных бесед на технологического воспитания.docx

• Процессуальная роль правопреемства в пенсионных спорах.docx

• Для практической работы.docx