Главная | Обратная связь

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫ ДЛЯ ВОЗДУХА

Задание 1. Определение отношения С_Р/C_v на установке ЛКТ-2 (звук).

В работе используется модуль 04 "Резонатор" из блока № 1 "Свойства газов". Модуль "Резонатор" (см. рис.) содержит металлическую трубу 1 длиной L = 180 мм и пульт. Один торец трубы закрыт крышкой, а другой – динами­ком 3 и микрофоном 4. На трубу намотана нагревательная обмотка (для проведения измерений при разных температурах). В трубу ввернут датчик температуры 2. Динамик подключен к генера­тору гармонического сигнала, микрофон – к индикатору резонанса (оба устройства входят в состав пульта).

Пульт резонатора содержит генератор с регулируемой амплитудой и частотой (700–3000 Гц), цифровой частотомер с 4-разряд-ным инди­катором, индикатор резонанса – светодиод, ручки регулировки "Частота" и "Амплитуда". Электропитание всех уст­ройств производится через разъём, подключаемый через кабель к разъёму "Термостат" измерительной системы ИСТ-3.

Скорость звука находится по формуле υ = lf, где l – длина волны, f – частота колебаний. В закрытой трубе существуют бегущие от источника звука волны и отраженные от концов трубы. Если линейные размеры трубы L равны целому числу полуволн L = nl/2 (где n – целое число), то в результате интерференции возникает резонанс, и появляются стоячие волны. В этом случае для скорости звука получается выражение υ = 2Lf_n / n, где n = 1, 2, 3, …

Скорость звука зависит от упругих свойств среды (в данном случае – воздуха). Используя уравнение адиабаты (Пуассона) и уравнение Менделеева-Клапейрона можно получить известную формулу, связывающую показатель адиабаты g = С_р/С_v и скорость звука в газе (воздухе)

γ = υ² M / (RT),

где М = 0,029 кг/моль – молярная масса воздуха, R – универсальная газовая постоянная, Т – температура по шкале Кельвина.

Порядок выполнения работы

 

Подключите кабелем разъем модуля "Резонатор" к разъему "Термостат" измерительной системы ИСТ-3. До включения тумблера "Сеть" предварительно установите на ИСТ-3 ручки регулировки "Нагрев" и "Температура" в минимальное состояние (влево до упора), а тумблер нагревателя "ВКЛ" – в нижнее состояние ("отключено"). Нажмите кнопку "Т1" (нельзя при измерениях нажимать кнопку "Т2", так как в измерительной схеме нет второго датчика температуры).

Включите ИСТ-3 и убедитесь в работе генератора модуля (по звуку динамика). Используя ручки "Частота" и "Амплитуда" на пульте модуля "Резонатор", проведите измерения только при комнатной температуре, которую показывает табло на
ИСТ-3. По максимальному свечению индикатора (светодиода), определите резонансные частоты для двух гармоник f₁ и f₂. Значение скорости звука определите как сред­нее по двум резонансам. Заполните таблицу:

 

Т, К	f1, Гц	f2, Гц	υ1, м/с	υ2, м/с	υСР, м/с	g

Задание 2. Определение отношения С_Р/C_v по Клеману и Дезорму

 

Рассмотрим сущность метода определения g по Клеману и Дезорму. Создадим в баллоне давление воздуха Р₁, превышающее атмос­ферное давление Р₀, затем на короткое время откроем кран в атмос­феру. Давление в баллоне упадет до атмосферного, а оставшийся в баллоне воздух вследствие адиабатического расширения охладится от начальной температуры Т₁ (комнатная) до температуры Т₀, определя­емой уравнением адиабаты: P₁^{1– g} T₁ ^g = P₀^{1– g} T₀ ^g (1)

После закрывания крана температура воздуха в баллоне посте­пенно вернется к комнатной, и давление возрастет до значения Р₂, определяемого уравнением изохоры P₀ /T₀ = P₂/T₂ (2)

Из этих соотношений находим g = (ln(Р₁/Р₀))/(ln(Р₁/Р₂)). (3)

Если избыточные давления Р₁ и Р₂ незначительно отличаются от атмосферного давления Р₀, то формула (3) упрощается

g = Δ Р₁ / (Δ Р₁ – Δ Р₂) = h₁ / (h₁ – h₂) , (4)

где h₁, h₂ – давления, измеренные в данной работе в миллиметрах водного столба.