Lucrare de laborator № 11, platformă de conținut

Dispozitive și accesorii: instalare experimentală FPT 1-7.

Obiectiv: măsurarea vitezei de zgomot în aer la diferite temperaturi prin rezonanță și determinarea raportului Poisson pentru aer.







Perturbările elastice (deformările) care se propagă într-un mediu elastic sunt numite valuri elastice. Spre deosebire de substanțele solide, gazele nu au o rezistență la forfecare, deci doar valurile longitudinale pot apărea în ele. Undele sonore sunt valuri elastice de intensitate mică, cu frecvențe de la 01.01.010 Hz, capabile să producă un sentiment de sunet.

Vibrațiile sonore se propagă în aer sub formă de condensări alternante și densități de densitate. Fluctuațiile de densitate din undă sonoră apar atât de rapid încât schimbul de căldură între locurile de condensare și de rărire nu apare practic datorită conductivității termice scăzute a gazului. Prin urmare, procesul de propagare a unui val sonor într-un gaz poate fi considerat adiabatic (fără transfer de căldură).

Procesul adiabatic este descris prin ecuația Poisson (ecuația procesului adiabatic)

unde p este presiunea gazului; V este volumul gazului; g este raportul Poisson.

Viteza de zgomot într-un gaz poate fi calculată din formula

Raportul p / r se găsește din ecuația lui Mendeleev-Clapeyron:

Substituind expresia (11.3) în formula (11.2), obținem formula lui Laplace pentru calculul vitezei sunetului într-un gaz:

Din ecuația (11.4) determinăm raportul lui Poisson:

unde M este masa molară a gazului (pentru aer M = 29; 10-3 kg / mol); u este viteza de zgomot în gaz; R = 8,31 J / mol · K este constanta gazului universal; T este temperatura absolută (K).

Astfel, pentru a determina raportul Poissonului g al gazului, este suficient să se măsoare temperatura lui T și viteza propagării sunetului u în acest gaz.

Viteza sonoră la o temperatură dată poate fi determinată prin metoda de rezonanță. Lăsați undele sonore să se propagă într-un gaz într-un tub neted, rectiliniu, cu o secțiune transversală constantă, închis la ambele capete. În timpul propagării unei valuri de-a lungul unui astfel de canal închis, acesta este reflectat în mod repetat de la capete, iar oscilațiile sonore din canal sunt rezultatul suprapunerii acestor valuri. Se formează un val în picioare în canal. Amplitudinea oscilațiilor se schimbă de la un punct la altul în conformitate cu legea sinusului sau cosinusului. Dacă lungimea canalului L este egală cu un număr întreg de jumătăți de undă

(În cazul în care n - un număr întreg, l - lungimea de undă), unda reflectată de suprafața frontală a canalului, revenind la începutul și reflectate din nou, din faza cu incident val (sursă). Astfel de valuri se amplifică reciproc, amplitudinea oscilațiilor crește brusc - apare o rezonanță. Adică, în canal va fi observat un val în picioare cu o amplitudine maximă. Cu vibrații sonore, straturile de gaz adiacente la capetele canalului nu suferă deplasări (amplitudinea oscilațiilor este zero). În aceste locuri, se formează noduri de deplasare. care se repetă prin l / 2 de-a lungul întregii lungimi a canalului. În mijlocul nodurilor se află punctele în care amplitudinea atinge un maxim - acestea sunt antinode ale deplasărilor.

Viteza sunetului u este legată de frecvența de oscilație n și de lungimea de undă l de relația u = ln. cu acordul pentru care condiția de rezonanță (11.6) poate fi scrisă în formă







unde n 0 este frecvența de rezonanță (frecvența de oscilare naturală).

Dependența (11.7) a frecvenței de rezonanță n 0 asupra numărului de rezonanță n poate fi verificată experimental. Prin schimbarea frecvenței de oscilație cu o lungime constantă a canalului, este necesar să se traseze un grafic al dependenței n 0 = f (n), coeficientul unghiular al căruia determină viteza sunetului.

Pentru a determina raportul lui Poisson pentru aer, metoda rezonantă folosește configurația experimentală a FPT 1-7, forma generală a căreia este prezentată în Fig. 11.1.

1-pipe cu încălzire; 2 - blocul de dispozitive; 3 - controler digital pentru măsurarea temperaturii;

4 - controler digital pentru măsurarea frecvenței; 5 - microammetru;

6 - blocul elementului de lucru; 7 - suportul;

Ordinea de executare a muncii

1. Activați setarea cu comutatorul de comutare "Rețea". După cum indică indicatorul digital "Temperatură", înregistrați valoarea temperaturii t 1 din Tabelul. 11.1.

2. Reglați butonul "Exact" la extrema dreaptă (maximă), butonul "Rough" ("Frecvență") în poziția din stânga (minim). Utilizați butonul "Gain" pentru a regla sensibilitatea indicatorului de rezonanță (săgeata trebuie să fie de aproximativ o treime din scala).

3. crește încet cu pârghie frecvența „grosier“ de oscilație date de generatorul de sunet, determină frecvența primei rezonanță n0 cea mai mare deviație pointer la rezonanță indicator scală. Rezultatul măsurării este pus în fila. 11.1.

4. Creșterea foarte lentă a frecvenței oscilațiilor cu ajutorul mânerului "Aproximativ" [1], determină frecvența a 3 rezonanțe suplimentare. În acest caz, vârfurile mici nu trebuie luate în considerare: la rezonanță, săgeata indicatorului de rezonanță ar trebui să ajungă aproape la capătul scalei. Rezultatele măsurătorilor sunt prezentate în tabel. 11.1.

5. Activați comutatorul "Heating" și ajustați temperatura de încălzire prin creșterea temperaturii aerului în conductă la t 2 = 40 ... 45 ° С. Prin menținerea temperaturii în țeavă în acest interval [2] cu acest regulator, efectuați măsurătorile în par. 2-4. Atunci când se menține intervalul de temperatură, este necesar să se țină seama de inerția încălzirii și răcirii (lag).

6. Creșterea încălzirii, ridicarea temperaturii aerului în conductă la t 3 = 55 ... 60 ° С. În timp ce mențineți temperatura în țeavă în acest interval, efectuați măsurătorile în par. 2-4.

7. Temperatura de încălzire Regulator fixat în capătul din stânga, comutatorul opriți „încălzire“ mâner „Consolidarea“, „grosier“ și „Fine“, setat la stânga, apoi opriți vertul setarea „rețea“.

8. Pentru fiecare valoare a temperaturii în tubul (pentru fiecare interval de temperatură), face calculul vitezei sunetului estimată conform formulei în care distanța dintre fețele reflectante ale țevii L = 0,51 m. Abordarea profesorului de a revizui.

9. Din valorile vitezei sunetului găsite, faceți o estimare a coeficienților Poisson folosind formula (11.5). Abordați-l pe profesor pentru verificare.

Procesarea rezultatelor măsurătorilor

1. Construiește un grafic al frecvenței de rezonanță în raport cu numărul de rezonanță pentru fiecare dintre temperaturi și determină coeficienții unghi pentru fiecare grafic.

2. Pentru fiecare valoare a temperaturii aerului din conductă, folosind coeficienții unghiali obținuți Ka. determină viteza sunetului u în conformitate cu formula u = 2L × Ka și raportul Poisson cu formula (11.5).

Nu lăsați aparatul cu încălzitorul pornit nesupravegheat.

Întrebări de test

Ce se numește capacitatea de căldură a corpului? Capacitatea specifică de căldură? Capacitatea de căldură molară? De ce este mai mult c v? Care este semnificația fizică a constantei gazului universal R. Care este raportul lui Poisson? Ce se numește valuri elastice? Undele sonore? Ce proces poate fi atribuit propagării sunetului într-un gaz? De ce? Ce proces se numește adiabatic? Scrieți ecuația procesului adiabatic. Care este diferența dintre graficele proceselor adiabatice și izoterme care au un punct de plecare comun? Care este esența metodei de rezonanță pentru determinarea raportului Poisson? Cum depinde viteza de propagare a sunetului de frecvența sunetului? Ce este rezonanța? Ce sunt nodurile de deplasare, antinodele deplasărilor? Cu ce ​​formula ai calculat viteza sunetului în munca ta? Care este raportul Poisson pentru diferite gaze numerice?

A pregătit preparatul. 30.06.11

[1] Primul vârf poate fi găsit mai precis folosind mânerul "Exact", în plus față de mânerul "Coarse", și de asemenea butonul "Strângere". Vârfurile ulterioare prin această metodă sunt problematice, deoarece săgeata indicatorului de rezonanță "sare" din cauza instabilității frecvenței.

[2] La temperatură stabilită exact (pentru a atinge starea de echilibru termic) în timpul lab problematice, deci rezonanță poate fi căutată într-un anumit interval de temperatură, fără a acorda atenție fluctuațiilor sale.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: