Lab № 11, tartalom platform
Műszerek és berendezések: A kísérleti elrendezés FPT 1-7.
Célkitűzés: mérése hangsebesség levegőben különböző hőmérsékleten és meghatározzuk a rezonancia módszer Poisson tényező a levegő.
Rugalmas hullámok szaporító az úgynevezett rugalmas közeg mechanikai zavar (deformáció). Ezzel szemben, szilárd anyagok, gázok ne gyakoroljon nyírási ellenállást úgy, hogy csak a longitudinális hullámokat is előfordulhat őket. Hanghullámok rugalmas hullámok alacsony intenzitású gyakoriságra 01.01.010 Hz, amely okozhat hangélmény.
Hanghullámok terjednek a levegőben formájában váltakozó megvastagodása és elvékonyodása sűrűség. Density ingadozása az akusztikus hullám fordul elő olyan gyorsan, hogy a hőátadás helye közötti kondenzációs és ritkítás alig miatt előfordul, hogy rossz hővezető. Ezért a terjedési hanghullámok a gáz lehet tekinteni adiabatikus (nincs hőátadás).
Adiabatikus által leírt eljárás a Poisson-egyenlet (képlet adiabatikus folyamat)
ahol p - gáznyomás; V - a gáz mennyisége; g - Poisson tényező.
A hang sebessége a gáz lehet a következő képlettel számítjuk
Az arány a p / r egyenletből talált Mengyelejev-Clapeyron
Behelyettesítve (3.11) a (2.11) adja a Laplace képlet a hangsebességet a gáz:
Egyenletből (11,4) határozza meg a Poisson arány:
ahol M - moláris tömege gáz (levegő M = 29 · 10-3 kg / mol); u - a hangsebesség a gáz; R = 8,31 J / mol · K - az univerzális gázállandó; T - abszolút hőmérséklet (K).
Így meghatározására Poisson g gáz elegendő ahhoz, hogy mérni annak hőmérsékletét a T és U a sebessége a hang a gáz.
A hang sebessége egy adott hőmérsékleten lehet meghatározni a rezonancia módszerrel. Hagyja a hanghullám terjed a gáz egy sima egyenes cső, állandó keresztmetszetű, mindkét végén zárt. Mentén történő terjedés folyamán egy olyan zárt csatornát, akkor ismételten visszaverődik a végeket, és a rezgéseket a csatorna - az eredmény a szuperpozíció ezeket a hullámokat. A csatorna által képzett állóhullám. A rezgés amplitúdója változik pontról pontra a szinusz vagy koszinusz függvény. Ha a csatorna hossza L egyenlő egész számú fele
(Ahol n - egy egész szám, L - hullámhossz) a hullám visszaverődik a homlokfelület a csatorna, visszatérve az elején és a visszavert ismét, ki fázisban a beeső (forrás) hullám. Az ilyen hullámok erősítik egymást, oszcillációs amplitúdóját, miközben drámaian növekszik - rezonancia lép fel. Ez azt jelenti, a csatorna lesz állóhullám maximális amplitúdó. Amikor rezgéseket gáz rétegek szomszédos végén a csatorna nem tapasztalható elmozdulás (rezgési amplitúdó nulla). Ezeken a helyeken vannak kialakítva offset egység. ismétlődnek l / 2 a teljes hossza a csatorna. A középső közötti csomópontok a pontok, ahol az amplitúdó eléri a maximális - a amplitúdópont elmozdulás.
A hangsebesség társított u n oszcillációs frekvencia és hullámhossz L arány u = ln. amely ellen a rezonancia feltétel (11,6) felírható
ahol n 0 - rezonancia frekvencia (természetes frekvencia).
Egyenlet (11.7) n 0 a rezonáns frekvencia a rezonancia n szám ellenőrizni lehet kísérletileg. Változtatásával a rezgési frekvenciája állandó csatorna hosszának függvényében kell ábrázolni n 0 = f (n), a szögletes együtthatója, amelyek meghatározzák a hangsebességet.
Annak megállapításához, a Poisson tényező a levegő rezonancia módszer kísérleti elrendezést FPT 1-7, az általános formája, amely ábrán látható. 11.1.
1- csövet a melegítő; 2 - Eszköz egység; 3 - digitális vezérlő hőmérséklet mérésére;
4 - digitális vezérlő mérési gyakoriság; 5 - árammérő;
6 - egység a működtető tag; 7 - a rack;
Az, hogy a teljesítmény
1. Kapcsolja be a kapcsoló beállítása „Hálózat”. Jelzésekkel digitális kijelző „Hőmérséklet” rögzíti a hőmérsékletet t az 1. táblázatban. 11.1.
2. Helyezze a fogantyút „Just” a szélsőjobboldal (a maximum), a nyél „durva” ( „Frequency”), állítsa balra (a minimum). Lever „fokozása” állítsa rezonancia érzékenységet mutató (nyíl kell lennie körülbelül egyharmada skála).
3. Lassan növekszik a kart a „durva” frekvencia oszcilláció által adott hanggenerátorának gyakoriságának megállapítása az első rezonancia n0 legnagyobb eltérést mutató a skála mutatója rezonancia. Mérések, tárolja az eredményeket táblázatban. 11.1.
4. Nagyon lassan növekvő az oszcillálás frekvenciáját a „durván” a [1], a frekvenciának meghatározásához még 3 rezonanciák. Ebben a kis csúcsokat nem kell figyelembe venni: a rezonancia rezonancia nyilat jelző kell érnie majdnem a végén a skála. mérések, tárolja az eredményeket a táblázatban. 11.1.
5. Kapcsolja kampós „fűtés” és a szabályozás a fűtési hőmérséklet emelés a levegő hőmérsékletét a csőben 2 T = 40 ... 45 ° C-on Támogatása ezzel a vezérlő a hőmérséklet a csőben a tartományban [2], méréseket végez az igénypontok. 2-4. Miközben a hőmérsékletet tartományban kell vizsgálni a tehetetlensége a fűtési és hűtési (késleltetés).
6. növelésével a fűtési hőmérséklet a levegő emelő 3 csővezeték a t = 55 ... 60 ° C-on Miközben a hőmérsékletet a csőben ebben a tartományban végre mérést igénypontok. 2-4.
7. szabályozó fűtési hőmérséklet beállítása a bal szélső helyzetben van, a kapcsoló kapcsolja ki a „fűtés” fogantyú „erősítése”, „durva” és a „finom”, meg a bal oldalon, majd kapcsolja ki a beállítást pohár „hálózat”.
8. Minden hőmérsékleti értéket a csőben (minden egyes hőmérséklet-tartományban), hogy a becsült hangsebesség számítási képlet szerint, ahol egy közti távolság a visszaverő felületei a cső L = 0,51 m. Megközelítés, hogy a tanár, hogy vizsgálja felül.
9. Az értékeket találtunk a hangsebességet nem egy durva számítás Poisson-tényezőket a képlet (11,5). Megközelítés a tanár ellenőrzésre.
A mérési eredmények feldolgozása
1. Szerkesszünk egy grafikont a rezonancia frekvencia a rezonancia szám minden hőmérséklet és meghatározza a szögletes együtthatók mindegyik grafikon.
2. Minden egyes értéket a levegő hőmérséklete a cső, a kapott szögletes együtthatók Ka. meghatározzák a hang sebessége u a képlet u = 2L × Ka és Poisson-tényezője általános képletű (11,5).
Ne hagyja a készüléket a fűtést felügyelet nélkül.
tesztkérdések
Az úgynevezett hőkapacitása a test? Fajhő? Moláris hőkapacitás? Miért cp több mint c v? Milyen fizikai értelmében az egyetemes gázállandó R. Mi Poisson? Az úgynevezett rugalmas hullámokat? A hanghullámok? Azáltal, hogy milyen folyamat magában terjedésének hang a gáz? Miért? Mi a folyamatot nevezik adiabatikus? Írja az egyenletet az adiabatikus folyamat. A különböző grafikus adiabatikus és izotermikus folyamatok közös kiindulási pont? Mi a rezonancia meghatározására szolgáló eljárás Poisson? Hogyan működik a hangsebesség gyakorisága a hang? Mi a válasz? Mi az elmozdulás csomópontok amplitúdópontját elmozdulás? Bármilyen képlet beleszámítjuk a hangsebességet a munka? Mi számszerűen egyenlő a Poisson különböző gázok?
Összeállította prep. 30.06.11
[1] Az első csúcs megtalálható pontosabban egy toll mellett „durva” gombot „Just” és „Gain” gombot. További csúcsok Ezt a módszert is problematikus, t. K. Arrow „ugrik” jelző rezonancia frekvencia instabilitás miatt.
[2] A pontosan beállított hőmérséklet (eléréséhez termikus egyensúlyi állapot) alatt lab problémás, így rezonancia lehet keresni egy bizonyos hőmérséklet-tartományban, figyelmen kívül hagyva annak ingadozások.