Узнать стоимость написания работы
Оставьте заявку, и в течение 5 минут на почту вам станут поступать предложения!
Реферат

Реферат по предмету "Физика"


Измерение отношений удельных теплоемкостей

Министерство образования РФ
Рязанскаягосударственная радиотехническая академия
Кафедра ОиЭФ
Контрольнаяработа
«ИЗМЕРЕНИЕОТНОШЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ТЕПЛОЁМКОСТЕЙ»Выполнил ст. гр. 343
Кондрахин А.ВПроверил
Иваников А.С.Рязань 2004г.

Цель работы: изучениетеоретических основ и экспериментального метода измерения отношения удельныхтеплоёмкостей воздуха.
Приборы и принадлежности:звуковой генератор, электронный осциллограф, микрофон, телефон, частотомер,труба с воздухом.Элементытеории
Термодинамикой называется раздел физики, в которомизучаются физические процессы с точки зрения происходящих в них превращенийэнергии с учетом двух форм ее передачи: работы и теплообмена. Термодинамика нерассматривает самого механизма явлений и ограничивается лишь энергетическимисоображениями, основанными на двух законах, получивших название «начал».
Первый закон (первое начало) термодинамики – изменениевнутренней энергии DU1-2 замкнутойсистемы, которое происходит в процессе 1®2 переходасистемы из состояния 1 в состояние 2, равно сумме работы А’1-2,совершаемой над системой внешними силами, и количества теплоты Q1-2 сообщаемогосистеме:
1) DU1-2 = А’1-2+ Q1-2, А’1-2 = — А1-2, А1-2
— работа, совершаемая системой над внешними телами впроцессе 1®2, поэтому:
2) Q1-2 = DU1-2 + А1-2.
Количество теплоты, сообщаемое системе, расходуется наизменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы противвнешних сил.
Для элементарного количества теплоты dQ, элементарной работы dА и бесконечномалого изменения dU внутренней энергии первый закон термодинамикиимеет вид:
2) dQ = dU + dА.
Если dQ > 0, то ксистеме подводится теплота. Если dQ
4) />
Если система производит работу над внешними телами, тосчитается, что dА > 0, а если над системойсовершается работа внешними силами, то dА
5) />
Адиабатический процесс происходит при условии dQ = 0. Существенно, что для определенияэтого процесса условие Q = 0 не годится, ибо оно не означаеттребования отсутствия теплообмена с внешней средой, а лишь равенство нулю алгебраическойсуммы количества теплоты, подводимой и отводимой от газа на различных участкахпроцесса. При адиабатическом процессе работа совершается идеальным газом засчет убыли его внутренней энергии:
6) />
где Сnm — молярная теплоемкость газа при постоянном объеме; />
— число молей газа, содержащихся в массе М газа; dT — элементарноеизменение температуры газа.
Если газ адиабатически расширяется, то dА = pdV > 0 и происходит его охлаждение ( dT
dА = pdV 0.
Для равновесного адиабатического процесса справедливоуравнение Пуассона:
7) pVg = const
где g — коэффициент Пуассона(показатель адиабаты)
Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, можно изуравнения Пуассона найти связь между р и Т, а также V и Т вадиабатическом процессе:
/>
8) />, />
9) />
где Сpm — молярная и Сp — удельная теплоемкости припостоянном
объеме, Срm и Ср — молярная и удельная теплоемкости при постоянном давлении.
На рис. 1 сплошная кривая — адиабата — изображает в p-V-диаграммеадиабатический процесс, а штриховая линия — изотерма — изотермический процесспри температуре, соответствующей начальному состоянию 1 газа. Приадиабатическом процессе давление меняется с изменением объема газа резче, чемпри изотермическом процессе. При адиабатическом расширении уменьшаетсятемпература газа и его давление падает быстрее, чем при соответствующемизотермическом расширении. При адиабатическом сжатии газа его давлениевозрастает быстрее, чем при изотермическом сжатии. Это связано с тем, чтоувеличение давления происходит за счет уменьшения объема газа и в связи свозрастанием температуры. Работа А1-2, совершаемая газом приадиабатическом процессе 1®2, измеряется площадью, заштрихованнойна рис. 1.
Распространение звуковой волны в газе (воздухе)происходит адиабатически, так как сжатия и разрежения в газе сменяют друг друганастолько быстро, что теплообмен между слоями газа, имеющими разныетемпературы, не успевает произойти. Такие процессы описываются уравнением (7).Известно, что скорость распространения звуковой волны в газах зависит отпоказателя адиабаты g. Скорость звука в газах определяетсяформулой:
10) />
где R — универсальная газовая постоянная, Т — температура газа, m — молярная масса газа.
Преобразуяформулу (10), находим:
11) />
Таким образом, для определения показателя адиабатыдостаточно измерить температуру газа и скорость распространения звука (молярнаямасса предполагается известной — для воздуха m=29-10-3кг/моль).
Звуковая волна, распространяющаяся вдоль трубы,испытывает многократные отражения от торцов. Звуковые колебания в трубеявляются наложением всех звуковых волн и довольно сложны. Картина упрощается,если длина трубы L равна целому числу длин полуволн, т.е. когда
12) />
где l — длина волны звука в трубе; п- любое целое число.
Если условие (12) выполнено, то волна, отраженная отторца трубы, вернувшаяся к ее началу и вновь отраженная, совпадает по фазе спадающей. При звуковых колебаниях слои воздуха, прилегающие в торцам трубки, неиспытывают смещения (узел — смещения). Узлы смещения повторяются по всей длинетрубы через />. Между узлами находятся максимумы смещения(пучности).
Скорость звука /> связанас его частотой n и длиной волны l соотношением:
13) />
/>
Длина волны может быть найдена из соотношения:
17) />
где Ln — расстояниемежду n положениями телефона и микрофона, в которых эллипспоследовательно вырождается в прямые А и В (рис. 2).
С учетом формулы (13) имеем:
18) />
При неизменной частоте n звуковогогенератора (и, следовательно, неизменной длине звуковой волны l) можно изменять расстояние Ln междутелефоном и микрофоном. Для этого микрофон или телефон приближаются илиудаляются друг от друга с помощью специального стержня на установке. Данныйстержень градуирован шкалой, цена деления которой 5×10-5 м. Наблюдая положения, в которых эллипс вырождается впрямую, имеем:
19) />, />,

т.е. /> равно угловому коэффициенту графика, изображающего зависимость Ln от номераположения п. Скорость звука находится по формуле (13), а отношение удельныхтеплоемкостей рассчитывается по формуле (11).
Расчётная часть
После снятия показаний с установки получаем3 серии измерений. Каждой серии соответствует своё значение частоты звуковойволны n. Для большей достоверностиизмерений, измерения каждой серии сняты для двух случаев: а) — микрофондвижется по направлению от телефона; б) — микрофон движется по направлению ктелефону. а) серия 1 серия 2 серия 3 n
n1, Гц × 103
Ln, м
n2, Гц × 103
Ln, м
n3, Гц × 103
Ln, м 1 3,001 0,046 4,5 0,022 6 0,045 2 0,103 0,061 0,073 3 0,161 0,099 0,101 4 0,219 0,137 0,130 5 0,276 0,176 0,157 б) серия 1 серия 2 серия 3 n
n1, Гц × 103
Ln, м
n2, Гц × 103
Ln, м
n3, Гц × 103
Ln, м 1 3,001 0,044 4,5 0,026 6 0,040 2 0,100 0,064 0,070 3 0,160 0,103 0,099 4 0,215 0,140 0,127 5 0,274 0,180 0,154
Снятия показаний проводились пристандартных условиях т.е. температура воздуха в трубке T примем равной 20° C (T = 293 K).
При произведении вычислений длякаждой серии будут использоваться средние арифметические значениясоответствующих значений длин Ln взятые из а) и б) частей таблицы. Для удобства результаты Ln для случая б) записаны всоответствии с номерами результатов n в части таблицы а).
Для нахождения длины звуковой волны (l) испускаемой телефоном, построим длякаждой серии графики зависимости Ln от n. Значения Ln возьмём усреднённые, как описывалосьвыше.
/>Серия 1.
Примерное значение коэффициентанаклона данного графика можно получить после его аппроксимации (усреднениюквадратов значений координат точек). т.е. Ln = 0,056×n. Подставим Ln из данного выражения в формулу (17), получим, что:
l1/2 = 0,056, отсюда l1 = 2×0,056 = 11,2×10-2 м
/>
Серия 2.
Данный график с расчётами построиманалогично предыдущему графику.
Ln = 0,0385×n. Отсюда: l2 = 7,7×10-2 м.
/>
Серия 3
Точно так же строится график и длятретьей серии измерений.
Ln = 0,029×n.
Отсюда
l3 = 5,8×10-2 м.
Далее вычислим действительноезначение скорости звука /> через/>,
/> и />,найденные по формуле (13):
/>м/с. /> м/с.
/> м/с.
/>м/с.
Теперь, для каждого значения частотыпо формуле (11) найдём показатель адиабаты g.
/>;
/>; />; />;
Действительноезначение /> найдём, как среднее арифметическое от g1, g2 и g3:
/>
Остаётсявычислить погрешность />. Так, как g находится изпростой линейной формулы, то для нахождения абсолютной погрешности можноиспользовать упрощённую формулу вида:
/>, где /> при />.
Так, как относительнаяпогрешность величин находится последующей формуле:
/>
то найдём абсолютнуюпогрешность DT. В силу того что температура былазамерена однократно то за значение абсолютной погрешности принимают значение еёслучайной составляющей.
/>; />;при k = 1,1 и c = 1°.
/>
При вычислении dLn за действительное значение Ln примем среднее арифметическоезначение всех 30-ти измерений ((а) и (б) частей всех серий), при c = 10-3 м.
/>
Возвращаясь к формулевычисления dg, подставимполучившиеся значения dT и dLn.
/>
Итого получаем:
g =(140 ± 3,44)×10-2.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.