Лабораторная работа №16

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ CP /CV МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОГО РЕЗОНАНСА

Цель работы

Целью работы является определение фазовой скорости распространения звуковой волны в воздухе и отношения теплоемкостей при постоянном давлении и объеме CP/CV методом акустического резонанса.

Описание лабораторной установки

Стоячая волна создается в трубе 1 (рис. 7.4), закрепленной на бруске, на котором нанесена шкала 2. У левого конца трубы установлен телефон 3, обращенный мембраной к отверстию трубы. Телефон подключен к звуковому генератору 4. В трубе находится поршень 5, который может перемещаться по трубе с помощью штока 6. В поршень вмонтирован микрофон 7, обращенный к телефону. Микрофон соединен с электронным осциллографом 8. Положение микрофона в трубе относительно телефона определяется по указателю 9, закрепленному на штоке поршня. При движении поршня вдоль трубы указатель перемещается относительно шкалы 2.

Рис. 7.4

Методика эксперимента

Колебания воздуха в трубе возбуждаются под действием мембраны телефона 3, питающегося от генератора 4 электрических колебаний звуковых частот. Звуковая волна, идущая от мембраны телефона, и волна, отраженная от поршня, интерферируют в столбе воздуха, образуя стоячую волну при выполнении условия (7.17).

Микрофон 7 преобразует механические колебания столба воздуха в электрические. Далее сигнал поступает на вход осциллографа 8. Смещение луча на экране осциллографа будет максимальным в случае совпадения частоты колебаний мембраны телефона с частотой собственных колебаний

139

воздушного столба. Такие положения микрофона фиксируются указателем 9 по шкале 2. Разности между соседними отсчетами положений поршня с микрофоном при максимальном смещении луча на экране осциллографа равны наименьшим разностям ∆x длин воздушных столбов, которые используются для определения длины звуковой волны λ, скорости распространения звуковой волны v и отношения CP/CV.

4.Порядок выполнения работы

1.Ознакомьтесь с правилами работы на осциллографе и звуковом генераторе.

2.Включите генератор звуковых колебаний и осциллограф в сеть.

3.Переместите поршень вдоль трубы в крайнее правое положение.

4.Установите на генераторе частоту колебаний ν1. Величины частот νi указаны на генераторе. Перемещая поршень влево вдоль трубы, запишите деления шкалы 2, на которых устанавливается указатель 9, для тех положений поршня, когда на экране наблюдается резкое увеличение амплитуды сигнала. Подумайте, как можно определить, что полученное отклонение луча является максимальным.

5.Повторите определение положений поршня, соответствующих максимуму амплитуды сигнала на экране осциллографа при перемещении поршня вправо, затем снова влево. Результаты измерений занесите в табл.

7.2.Помните, что координаты одного и того же максимума нужно записывать в одну строчку табл. 7.2.

6.Установите на генераторе частоту ν2, затем ν3. Для каждой частоты выполните измерения, указанные в п.п. 3 – 5. Результаты измерений занесите в табл. 7.12.

7.Измерьте температуру воздуха в лаборатории и занесите в табл. 7.12

Обработка результатов измерений

1. Для каждой частоты звуковых колебаний ν1, ν2, ν3 рассчитайте средние значения отсчетов xiν , при которых наблюдается резкое увели-

чение амплитуды сигнала на экране осциллографа.

2.Для каждой частоты по средним значениям координат определить расстояния между максимумами звучания ∆x , среднее расстояние между ними и по нему вычислить скорость распространения волны по формуле

(7.20).

3.Рассчитайте среднее значение скорости звука в воздухе и занесите в табл. 7.2.

7.Считая звуковые колебания адиабатическим процессом разряжений

исжатий воздуха, вычислите показатель адиабаты γ =CP CV по формуле:

140