Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Определяне на коефициента на Поасон от зависимостта на скоростта на звука в газа от температурата по метода на стоящата вълна

Звукова вълна е поредица от компресия на газ и разреждане, възникващи при честота от 20 до херца. Скоростта на разпространение на звукова вълна зависи от свойствата на газа.
Помислете за появата на компресионен импулс в газ. Представете си малка чиния, поставена в газ. След като информираме табелата за бързо движение успоредно на неговата равнина, ще предизвикаме компресия и следователно повишено фронт на налягането в съседния газов слой. Това налягане ще предизвика движение на следващия слой и т.н. Компресията и движението ще се прехвърлят от слой към слой. По дължина импулс на сгъстяване ще се разпространи в газа отдясно на плочата. Разпространението на импулса се дължи на наличието на еластични сили, възникващи в газа. Газовете са еластични само по отношение на обема и нямат еластичност по отношение на срязването. Ето защо в газа ще се разпространяват само надлъжни импулси. Скоростта на разпространение на надлъжния импулс в газа може да бъде изчислена. Нека компресионният импулс съответства на увеличаването на плътността и увеличаване на натиска , През платформата S, перпендикулярна на посоката на разпространение на импулса, във времето преминава част от импулса за компресия където c е скоростта на разпространение на импулса (фиг. 1).

Фиг.1

Масата на газа, разположена отдясно на площадката S, се увеличава с , В същото време през сайта се предава импулс. ,
В същото време от лявата страна действа сила ,
така както
,
на
(1)
Скоростта на движение на компресионния импулс се определя от това как плътността на средата се променя с натиск. Еластичните свойства на газа са зависими от температурата. С бързото компресиране на газ се отделя топлина, която няма време да се разпространи в съседни обеми. Компресията на газ без отвеждане на топлината се нарича адиабатен. Адиабатният процес в газа се описва чрез уравнението на Поасон, а именно:

където - Съотношението на Пуасон.
Тъй като плътността е обратно пропорционална на обема, тогава:
, (2)
Различавайки израза (2), намираме:
,
В случай на малки компресии след това:
, (3)
Скоростта на разпространение на компресионните импулси (виж (1) и (3))
, (4)
От уравнението на Менделеев-Клапейрон от това следва и съотношението (4) може да бъде представено като:
, (5)
Това означава, че скоростта на разпространение на компресионния импулс (звук) нараства пропорционално на квадратен корен на температурата.
Звуковите вълни могат да се разглеждат като поредица от малки импулси на компресия, които следват една след друга и се разпространяват със същата скорост. Нека звукът се разпространява в тръба, чийто диаметър е по-малък от дължината на вълната, но все още не е твърде тънка и има гладки стени. При тези условия стените не въвеждат значително затихване. Те осигуряват разпространение на трептения по тръбата. Ако на единия край на тръбата има бутало, което изпълнява хармонични колебания, тогава звуковата вълна се разпространява през газовата колона, затворена в тръбата, която може да се счита за плоска. Ако вторият край на тръбата е затворен от плътна стена, звуковата вълна ще бъде отразена от тази стена, а фазата на деформационната вълна ще остане същата, а фазите на скоростта ще се променят на (скоростта ще промени знака за обратно).
Когато отразената вълна се наслагва върху движеща се вълна, може да се образува стояща вълна с разпределение на измествания:
(6)
където
А е амплитудата
- честота на кръговите колебания,
- дължината на пътуващата вълна, \ t
- координатна позиция за определяне на положението
средни точки,
t е време.
Ако няма загуба на енергия по време на отражението, винаги се образува преместващ възел в затворения край на тръбата. Разстоянието между съседни възли или антиноди е равно на половината от дължината на пътуващата вълна. Променяйки честотата на възбуждане, ще получаваме стоящи вълни в затворена тръба, когато по тръбата се поставя цяло число полу-вълни. Скоростта на звука се определя по формулата:
(7)
където
- дължина на вълната,
- естествена честота на въздушната колона,
равно на честотата на принудителните вибрации.

Описание на устройството

Измервателното устройство (фиг. 2) се състои от дълга тръба (1), звуков генератор (2), осцилоскоп (3), термометър или термодвойка с мелниволтов метър (4). В краищата на тръбата са телефони (5) и (6), единият от които е предавател на вибрации, а другият е приемник. Върху тръбата се поставя намотка, която служи за увеличаване на температурата на въздуха в тръбата. Намотката е включена в мрежата с напрежение 127 волта. Токът в намотката може да се промени с помощта на реостат (7). Телефонът (5), за да се избегнат щети от нагряване, е затворен в кутия и се измива с течаща вода.


Фиг.2

Сигналът от генератора причинява трептенето на мембраната на телефона (6) и се изпраща към осцилоскопа. Разстоянието между телефона и микрофона може да се променя с помощта на копчето (8). В същото време стрелката на дръжката се движи по скалата на линийката (9).

Работа

  1. Внимателно отворете кранчето за вода, което осигурява охлаждането на телефона (5). (Не е показано на фигурата).
  2. Включете захранването на генератора и осцилоскопа от AC мрежата; изчакване за загряване - около 5 минути и настройка на устройствата. Манипулации 1 и 2 се извършват от учител или лаборант.
  3. При дадена честота на генератора, дръжката (8) се движи бавно. В същото време на екрана на осцилоскопа има промяна в амплитудата на трептенията. Запишете всички тези N позиции на индекса на дръжката (8), при които се наблюдава максималната амплитуда на колебание. Средното разстояние между две съседни позиции на показалеца е ,

Нагревателят се включва и операцията “3” се повтаря през температурен интервал от 9-12 градуса, повишавайки температурата до 110-120 градуса по Целзий. По време на всяко измерване температурата на въздуха в тръбата се поддържа възможно най-постоянна. За тази цел в електрическата верига на нагревателя се въвежда реостат. Тъй като по време на експеримента температурата ще варира леко, тя се измерва в началото и в края на експеримента и взема средната стойност.



(Hz)

N1
виждам

N2
виждам

N3
виждам

CT
cm / s

  1. Чрез формулата (7) се изчислява скоростта на звука.
  2. Създайте график на зависимостта където Т е температурата, взета по скалата на Келвин.
  3. Изчислява се коефициентът на Поасон по формулата (5).

отношение от графика ,





Вижте също:

Определяне на коефициента на повърхностно напрежение при използване на хоризонтален капиляр

Определяне на специфичния топлинен капацитет на твърдите вещества с помощта на адиабатен калориметър

Определяне на молекулно тегло на лесно изпаряваща се течност

Получаване на ниско налягане

Определяне на коефициента на вътрешно триене по метода на Стокс

Връщане към Съдържание: Физика

2019 @ ailback.ru