Файл: Практикум по физике для студентов заочной формы обучения инженернотехнических специальностей.pdf

89 где
пл
Q
- количество теплоты, необходимое для плавления тела;
пл
T
– температура плавления.
Используем определение коэффициента полезного действия электроустановки:
затр
полезн
А
A


(2)
Затраченная работа – это работа электрического тока:
IUt
A
затр

,
(3) где
I
- сила электрического тока,
U
- напряжение,
t
- время.
Полезная работа идет на плавление вещества:
плав
полез
Q
А

Отсюда, количество теплоты, необходимое для плавления твердого тела, определяется по формуле:
пл
пл
IUt
Q


(4)
Из выражений (1) и (4) получаем формулу для расчета приращения энтропии при плавлении твердого тела:
пл
пл
T
IUt
S
S



1 2
(5)
II. ПОРЯДОК РАБОТЫ
1. Включить установку и записать показания амперметра и вольтметра. Рассчитать абсолютные погрешности силы тока
I

и напряжения
U

по приборам.
2. Внимательно наблюдать за температурой. В интервале температур от
C

100
до
C

240
записывать показания лагометра через каждые
30 секунд.
3. Отключить установку от сети.
4. Построить на миллиметровой бумаге график зависимости температуры тела от времени его нагревания Т=f(t).
5. Определить по графику время плавления
пл
t . Оценить абсолютную погрешность времени
пл
t

по секундомеру.
6. Определить по графику температуру плавления
пл
T . Оценить абсолютную погрешность температуры
пл
T

по лагометру.
7. Рассчитать приращение энтропии по формуле (5). Определить ее абсолютную погрешность по формуле:

90 2
2 2
2 2
1 2
1 2
)
(







 








 






 






 






 





пл
пл
пл
пл
Т
Т
t
t
U
U
I
I
S
S
S
S


и относительную погрешность:
%
100
)
(
1 2
1 2






S
S
S
S
. Записать окончательный результат:
))
(
(
1 2
1 2
1 2
S
S
S
S
S
S








Дж/К.
III. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Что называется энтропией?
Записать формулу, единицу измерения.
2. Записать и сформулировать неравенство Клаузиуса.
3. Какой процесс называется изоэнтропийным?
4. Какова связь энтропии и термодинамической вероятности?
Записать формулу.
5. Какие процессы называются круговыми?
6. Записать и сформулировать первое начало термодинамики.
7. Сформулировать второе начало термодинамики.
8. Записать формулу количества теплоты для нагревания вещества.
Пояснить все входящие в нее величины, их единицы измерения.
9. Записать формулу количества теплоты для плавления вещества.
Пояснить все входящие в нее величины, их единицы измерения.
10. Записать первое начало термодинамики для изопроцессов: изотермического, изохорного, изобарного, адиабатного.
IV. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Титульный лист.
2. Цель работы.
3. Приборы и принадлежности.
4. Схема установки.
5. Исходные данные:
КПД установки:









6. Измерения: cила тока:
I=

I


I
I
напряжение:
U=

U


U
U

91 7. Таблица результатов измерений:
Время t, с
0 30 60
Температура
t, С
100
Температура
T, К
373 8. График: T=f(t).
9. Время плавления:

пл
t


пл
t


пл
пл
t
t
10. Температура плавления:

пл
Т


пл
Т


пл
пл
Т
Т
11. Расчет приращения энтропии:
<
1 2
S
S 
>=





1 2
S
S
%
100
)
(
1 2
1 2






S
S
S
S
=
Окончательный результат:


1 2
S
S
12. Выводы.

92
ЛИТЕРАТУРА
1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. - М.:
Высш. шк., 1990.
2. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х т. - М.: Наука, 1982, Т.1.
3. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике. –
М.: Высш. школа, 1965.
4. Лабораторный практикум по физике: Учеб. пособие для студентов втузов /Ахматов А.С., Андреевский В.М., Кулаков А.И. и др. Под ред. А.С.Ахматова. – М.: Высш. школа, 1980. - 360 с., ил.
5. Физический практикум /Под ред. В.И. Ивероновой. – М.: Высш. школа, 1967.
6. Потемкина С.Н., Сарафанова В.А. Изучение закона сохранения энергии: Метод. указания к лабораторной работе – Тольятти,
ТолПИ, 1998.
7. Курбатов А.Н. Основы термодинамики: Метод. указания к лабораторной работе – Тольятти, ТолПИ, 1979.
8. Курбатов А.Н., Сулейман Г.И. Определение момента инерции твердого тела: Метод. указания к лабораторным работам –
Тольятти, ТолПИ, 1986.
9. Молекулярная физика и термодинамика: Метод. указания к лабораторным работам /Сост. Азовский В.М., Сарафанова В.А.,
Потёмкина С.Н. и др. – Тольятти: ТолПИ, 1991.

93
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Десятичные приставки к названиям единиц
Т - тера (10 12
) д - деци (10
-1
) н - нано (10
-9
)
Г - гига (10 9
) с - санти (10
-2
) п - пико (10
-12
)
М - мега (10 6
) м - милли (10
-3
) ф - фемто (10
-15
) к - кило (10 3
) мк - микро (10
-6
) а - атто (10
-18
)
2. Некоторые внесистемные величины
1 сут = 86400 с
1" = 4,85∙10
-6
рад
1 год = 365,25 сут = 3,16∙10 7
с
1 мм рт.ст. = 133,3 Па
1° = 1,75 10
-2
рад
1эВ = 1,6∙10
-19
Дж
1' = 2,91∙10
-4
рад
3. Основные физические постоянные
Скорость света в вакууме с = 3,00∙10 8
м/с
Ускорение свободного падения g = 9,81 м/с
2
Гравитационная постоянная
G = 6,67∙10
-11
м
3
/(кг∙с
2
)
Постоянная Авогадро
N
A
= 6,02∙10 23
моль
-1
Молярная газовая постоянная
R = 8,31 Дж/(К∙моль)
Постоянная Больцмана k = 1,38∙10
-23
Дж/К
Элементарный заряд е = 1,60∙10
-19
Кл
Масса покоя электрона m
e
= 9,11∙10
-31
кг
Масса покоя протона m
p
= 1,672∙10
-27
кг
Масса покоя нейтрона m
n
= 1,675∙10
-27
кг
Удельный заряд электрона e/m e
= 1,76∙10 11
Кл/кг
Постоянная Стефана – Больцмана
σ = 5,67∙10
-8
Вт/(м
2
∙К
4
)
Постоянная Вина b = 2,90∙10
-3
м К
Постоянная Планка h = 6,63∙10
-34
Дж∙с
Постоянная Ридберга
R = 3,29∙10 15
с
-1
R' = 1,10∙10 7
м
-1
Первый боровский радиус r
0
= 5,28∙10
-11
м
Магнетон Бора
μ
B
= 9,27∙10
-24
Дж/Тл
Электрическая постоянная
ε
0
= 8,85∙10
-12
Ф/м
1/(4πε
0
) = 9∙10 9
м/Ф
Магнитная постоянная
μ
0
= 4∙10
-7
Гн/м
Атомная единица массы
1 а.е.м. = 1,6606∙10
-27
кг
Масса изотопа
H
1 1
m
H
= 1,6736∙10
-27
кг

94
СОДЕРЖАНИЕ
1. Предисловие…………………………………………………………..3 2. Лабораторный практикум и порядок его выполнения……………..4 3. Обработка результатов измерений физических величин…………..6 4. Лабораторная работа
№
М1
«Изучение кинематики поступательного и вращательного движений твердого тела с помощью маятника Обербека»……………………………………..11 5. Лабораторная работа
№
М2
«Изучение кинематики поступательного и вращательного движений твердого тела с помощью машины Атвуда».…………………………………….......16 6. Лабораторная работа № М3 «Определение жесткости пружины статическим методом»……………………………………................22 7. Лабораторная работа № М4 «Изучение движения центра инерции механической системы с помощью машины Атвуда»…………....27 8. Лабораторная работа № М5 «Изучение закона сохранения энергии с помощью машины Атвуда»……………………………………....32 9. Лабораторная работа № М6 «Изучение динамики вращательного движения тела с помощью маятника Обербека»………………….39 10. Лабораторная работа № М7 «Измерение момента сил трения в оси блока машины Атвуда»……………………………………..............45 11. Лабораторная работа № М8 «Измерение момента инерции маятника Обербека»…………………………………………………51 12. Лабораторная работа № М9 «Определение зависимости момента инерции маятника Обербека от распределения его массы относительно оси вращения»……………………………………….57 13. Лабораторная работа № М10 «Определение момента инерции тела методом сравнения с помощью машины Атвуда»………………...62 14. Лабораторная работа № М11 «Определение момента инерции тела методом крутильных колебаний»…………………………………..69 15. Лабораторная работа № М12 «Определение величины отношения теплоемкостей воздуха методом адиабатного расширения»……..75 16. Лабораторная работа № М13 «Акустический метод определения показателя адиабаты воздуха»……………………………………...81 17. Лабораторная работа № М14 «Определение приращения энтропии при плавлении твердого тела»……………………………………...87 18. Литература…………………………………………………………...91 19. Приложения………………………………………………………….92

95
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
ПО ФИЗИКЕ
для студентов заочной формы обучения инженерно-технических специальностей
ЧАСТЬ 1
Сарафанова Валентина Александровна
Цыбускина Инна Ивановна
Грызунова Наталья Николаевна
Подписано в печать 25.05.05.Формат 60х84/16
Печать оперативная. Уч.п.л. 5,9. Уч.-изд.л. 5,5
Тираж 500 экз.
Тольяттинский государственный университет
Тольятти, Белорусская, 14.