Контрольная работа: Измерение отношений удельных теплоемкостей

💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Рязанская государственная радиотехническая академия
«ИЗМЕРЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ТЕПЛОЁМКОСТЕЙ»
Цель работы: изучение теоретических основ и экспериментального метода измерения отношения удельных теплоёмкостей воздуха.
Приборы и принадлежности: звуковой генератор, электронный осциллограф, микрофон, телефон, частотомер, труба с воздухом.
Термодинамикой называется раздел физики, в котором изучаются физические процессы с точки зрения происходящих в них превращений энергии с учетом двух форм ее передачи: работы и теплообмена. Термодинамика не рассматривает самого механизма явлений и ограничивается лишь энергетическими соображениями, основанными на двух законах, получивших название «начал».
Первый закон (первое начало) термодинамики – изменение внутренней энергии DU 1-2
замкнутой системы, которое происходит в процессе 1®2 перехода системы из состояния 1 в состояние 2, равно сумме работы А’ 1-2
, совершаемой над системой внешними силами, и количества теплоты Q 1-2
сообщаемого системе:
1) DU 1-2
= А’ 1-2
+ Q 1-2,
А’ 1-2
= - А 1-2
, А 1-2

- работа, совершаемая системой над внешними телами в процессе 1®2, поэтому:
Количество теплоты, сообщаемое системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил.
Для элементарного количества теплоты dQ, элементарной работы dА и бесконечно малого изменения dU внутренней энергии первый закон термодинамики имеет вид:
Если dQ > 0 , то к системе подводится теплота. Если dQ < 0 , то от системы отводится теплота. В конечном процессе 1®2 элементарные количества теплоты могут быть обоих знаков, и общее количество теплоты Q 1-2
процессе 1®2 равно алгебраической сумме количества теплоты на всех участках этого процесса:
Если система производит работу над внешними телами, то считается, что dА > 0, а если над системой совершается работа внешними силами, то dА < 0 . Работа А 1-2
, совершаемая системой в конечном процессе 1®2, равна алгебраической сумме работ dА, совершаемых системой на всех участках этого процесса:
Адиабатический процесс происходит при условии dQ = 0. Существенно, что для определения этого процесса условие Q = 0 не годится, ибо оно не означает требования отсутствия теплообмена с внешней средой, а лишь равенство нулю алгебраической суммы количества теплоты, подводимой и отводимой от газа на различных участках процесса. При адиабатическом процессе работа совершается идеальным газом за счет убыли его внутренней энергии:
где С n
m
- молярная теплоемкость газа при постоянном объеме;
- число молей газа, содержащихся в массе М газа; dT - элементарное изменение температуры газа.
Если газ адиабатически расширяется, то dА = pdV > 0 и происходит его охлаждение ( dT< 0 ). При адиабатическом сжатии газа он нагревается:
Для равновесного адиабатического процесса справедливо уравнение Пуассона:
где g - коэффициент Пуассона (показатель адиабаты)
Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, можно из уравнения Пуассона найти связь между р и Т, а также V и Т в адиабатическом процессе:
где С p
m
- молярная и С p
- удельная теплоемкости при постоянном
объеме, С р
m
и С р
- молярная и удельная теплоемкости при постоянном давлении.
На рис. 1 сплошная кривая - адиабата - изображает в p-V-диаграмме адиабатический процесс, а штриховая линия - изотерма - изотермический процесс при температуре, соответствующей начальному состоянию 1 газа. При адиабатическом процессе давление меняется с изменением объема газа резче, чем при изотермическом процессе. При адиабатическом расширении уменьшается температура газа и его давление падает быстрее, чем при соответствующем изотермическом расширении. При адиабатическом сжатии газа его давление возрастает быстрее, чем при изотермическом сжатии. Это связано с тем, что увеличение давления происходит за счет уменьшения объема газа и в связи с возрастанием температуры. Работа А 1-2
, совершаемая газом при адиабатическом процессе 1®2, измеряется площадью, заштрихованной на рис. 1.
Распространение звуковой волны в газе (воздухе) происходит адиабатически, так как сжатия и разрежения в газе сменяют друг друга настолько быстро, что теплообмен между слоями газа, имеющими разные температуры, не успевает произойти. Такие процессы описываются уравнением (7). Известно, что скорость распространения звуковой волны в газах зависит от показателя адиабаты g. Скорость звука в газах определяется формулой:
где R - универсальная газовая постоянная, Т - температура газа, m - молярная масса газа.
Таким образом, для определения показателя адиабаты достаточно измерить температуру газа и скорость распространения звука (молярная масса предполагается известной - для воздуха m=29-10 -3
кг/моль).
Звуковая волна, распространяющаяся вдоль трубы, испытывает многократные отражения от торцов. Звуковые колебания в трубе являются наложением всех звуковых волн и довольно сложны. Картина упрощается, если длина трубы L равна целому числу длин полуволн, т.е. когда
где l - длина волны звука в трубе; п - любое целое число.
Если условие (12) выполнено, то волна, отраженная от торца трубы, вернувшаяся к ее началу и вновь отраженная, совпадает по фазе с падающей. При звуковых колебаниях слои воздуха, прилегающие в торцам трубки, не испытывают смещения (узел - смещения). Узлы смещения повторяются по всей длине трубы через . Между узлами находятся максимумы смещения (пучности).
Скорость звука связана с его частотой n и длиной волны l соотношением:
Длина волны может быть найдена из соотношения:
где L n
- расстояние между n положениями телефона и микрофона, в которых эллипс последовательно вырождается в прямые А и В (рис. 2).
При неизменной частоте n звукового генератора (и, следовательно, неизменной длине звуковой волны l) можно изменять расстояние L n
между телефоном и микрофоном. Для этого микрофон или телефон приближаются или удаляются друг от друга с помощью специального стержня на установке. Данный стержень градуирован шкалой, цена деления которой 5×10 -5
м. Наблюдая положения, в которых эллипс вырождается в прямую, имеем:
т.е. равно угловому коэффициенту графика, изображающего зависимость L n
от номера положения п. Скорость звука находится по формуле (13), а отношение удельных теплоемкостей рассчитывается по формуле (11).
После снятия показаний с установки получаем 3 серии измерений. Каждой серии соответствует своё значение частоты звуковой волны n. Для большей достоверности измерений, измерения каждой серии сняты для двух случаев: а) - микрофон движется по направлению от телефона; б) - микрофон движется по направлению к телефону.
Снятия показаний проводились при стандартных условиях т.е. температура воздуха в трубке T примем равной 20°C (T = 293 K).
При произведении вычислений для каждой серии будут использоваться средние арифметические значения соответствующих значений длин L n
взятые из а) и б) частей таблицы. Для удобства результаты L n
для случая б) записаны в соответствии с номерами результатов n в части таблицы а).
Для нахождения длины звуковой волны (l) испускаемой телефоном, построим для каждой серии графики зависимости L n
от n. Значения L n
возьмём усреднённые, как описывалось выше.
Примерное значение коэффициента наклона данного графика можно получить после его аппроксимации (усреднению квадратов значений координат точек). т.е. L n
= 0,056×n. Подставим L n
из данного выражения в формулу (17), получим, что:
l 1
/2 = 0,056, отсюда l 1
= 2×0,056 = 11,2×10 -2
м
Данный график с расчётами построим аналогично предыдущему графику.
L n
= 0,0385×n. Отсюда: l 2
= 7,7×10 -2
м.
Точно так же строится график и для третьей серии измерений.
Далее вычислим действительное значение скорости звука через ,
Теперь, для каждого значения частоты по формуле (11) найдём показатель адиабаты g.
Действительное значение найдём, как среднее арифметическое от g 1
, g 2
и g 3
:
Остаётся вычислить погрешность . Так, как g находится из простой линейной формулы, то для нахождения абсолютной погрешности можно использовать упрощённую формулу вида:
Так, как относительная погрешность величин находится последующей формуле:
то найдём абсолютную погрешность DT. В силу того что температура была замерена однократно то за значение абсолютной погрешности принимают значение её случайной составляющей.
При вычислении dL n
за действительное значение L n
примем среднее арифметическое значение всех 30-ти измерений ((а) и (б) частей всех серий), при c = 10 -3
м.
Возвращаясь к формуле вычисления dg, подставим получившиеся значения dT и dL n
.

Название: Измерение отношений удельных теплоемкостей
Раздел: Рефераты по физике
Тип: контрольная работа
Добавлен 00:41:33 17 ноября 2010 Похожие работы
Просмотров: 269
Комментариев: 15
Оценило: 3 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Контрольная работа: Измерение отношений удельных теплоемкостей
Реферат по теме Возникновение и эволюция жизни
Реферат: Зерно: классификация, характеристика, требования к качеству, условия хранения. Скачать бесплатно и без регистрации
Контрольная работа: Велика Вітчизняна війна 1941-1945 рр. за матеріалами свідків та ветеранів війни
Доклад по теме Уроки общения
Реферат: Военно-технические и экономические основы Военной доктрины
Реферат: Закрытие счетов и формирование отчетности сельскохозяйственных предприятий
Практические Работы Информатика Электронные Таблицы
Реферат по теме Апостольский символ веры
Учебное Пособие На Тему Общая Теория Систем И Системный Анализ
Понятие и виды угол. Пресл-я
Учебная Практика Дневник Медсестры
Реферат На Тему Емпатія У Педагогічному Спілкуванні
Контрольная Работа Решение Уравнений 2 Класс
Реферат Оформление Работы
Социальные Нормы Эссе По Обществознанию
Реферат по теме Деятельность предприятия в рыночной среде
Принципы отбора персонала
Контрольная Работа Номер 2 По Алгебре Уравнения
Курсовая работа: Банковские гарантии в системе международных расчетов и платежей
Написать Сочинение На Тему Человек И Природа
Реферат: Небесный глаз
Топик: Northern Ireland
Доклад: Политико-административное деление России