Determinarea raportului caldurilor specifice la gaze prin metoda undei stationare

Lucrarea nr.4.

Grupa 1.1.2 Electronica

Scopul lucrarii

Lucrarea îsi propune a prezenta o modalitate experimentala pentru determinarea raportului caldurilor specifice la gaze prin metoda undei stationare.

Elemente de teorie

Propagarea undelor sonore într-un gaz, datorita modificarilor rapide de presiune ce au loc, poate fi considerata ca un proces adiabatic. În acest caz, viteza de propagare a undelor sonore este data de relatia: (1), unde este raportul caldurilor specifice la presiune constanta, respectiv la volum constant, p - presiunea gazului, iar r densitatea lui. # 515g64f 4;inând seama de ecuatia de stare a gazului ideal scrisa sub forma: (2), unde m este masa molara a gazului, T temperatura absoluta si R constanta gazului ideal, rezulta pentru viteza de propagare relatia: (3).

În urma reflexiei unei unde progresive la capatul închis al unui tub, în interiorul acestuia se formeaza un sistem de unde stationare.

La capatul închis al tubului se formeaza întotdeauna un nod de oscilatie în cazul în care nu au loc pierderi de energie prin reflexie, distanta dintre doua noduri sau ventre succesive fiind egala cu semilungimea de unda a undei progresive. Într-un tub închis, având lungimea data, se pot forma unde stationare prin modificarea frecventei generatorului.

Când se formeaza un sistem de unde stationare, lungimea tubului, l, este egala cu un numar întreg de l : , k=1,2,3,4,. (4). Viteza undelor sonore va fi: , unde n este frecventa oscilatiilor proprii ale coloanei de aer, frecventa egala cu frecventa generatorului.

Ţinând seama de relatia (4), obtinem pentru undele sonore relatia: (6). Numarul k poate fi determinat în doua stari consecutive ale sistemului pentru care se obtin unde stationare astfel: ; (7) (8).

Viteza de propagare a undelor sonore în aer se determina cu ajutorul relatiei (7), unde n_k si n_k+1 sunt frecventele oscilatiilor sonore pentru care se obtin doua sisteme de unde stationare consecutive. Se obtine pentru viteza sunetului relatia: (9).

Cunoscând valoarea vitezei de propagare a sunetului în aer la o anumita temperatura si folosind relatia (1), se determina coeficientul g: (10).

Pentru ca în interiorul tubului T sa se formeze o unda plana trebuie ca diametrul d al tubului sa fie mai mare ca l

II. Montajul experimental

Dispozitivul experimental utilizat în aceasta lucrare este constituit dintr-un tub cilindric T din masa plastica de lungime fixa, având la unul din capete o casca telefonica C folosita ca generator de unde sonore, iar la celalalt capat un microfon M ca receptor, un generator de audiofrecventa GA si un osciloscop catodic OC (fig. 1.). Casca telefonica este conectata la bornele generatorului de audiofrecventa, iar microfonul M la bornele de intrare ale osciloscopului catodic.

III. Modul de lucru

Se alimenteaza osciloscopul catodic si generatorul de audiofrecventa la prizele de la reteaua de 220V.

Se conecteaza casca telefonica la bornele generatorului de audiofrecventa si microfonul M la borna de intrare a osciloscopului catodic.

Se pune în functiune osciloscopul catodic si se asteapta câteva minute pâna la aparitia spotului luminos pe ecranul acestuia. Se urmareste ca spotul sa fie clar si în centrul ecranului.

Se pune în functiune generatorul de audiofrecventa si se asteapta câteva minute pâna când acesta intra în regim de lucru.

Se roteste butonul de frecvente al generatorului de audiofrecventa si se excita unde stationare în tubul T închis la ambele capete.

Obtinerea sistemului de unde stationare în tubul T corespunde maximului oscilatiilor pe ecranul osciloscopului catodic.

Se citeste de mai multe ori frecventa pentru care s-au obtinut unde stationare si se ia pentru frecventa valoarea medie aritmetica. Apoi se roteste butonul generatorului de audiofrecventa si se gaseste o alta frecventa pentru care se obtine din nou un sistem de unde stationare. Ca si anterior se determina de mai multe ori frecventa undelor sonore si se ia valoarea medie.

IV. Culegerea si prelucrarea datelor

Cu ajutorul relatiei (9) se determina viteza de propagare a sunetului în aer, unde n_k si n_k+1 sunt cele doua frecvente gasite anterior, iar l lungimea tubului.

Cunoscând valoarea vitezei de propagare a undelor sonore în aer , se determina coeficientul g, cu ajutorul relatiei (10).

Presiunea P a aerului se citeste la un barometru, iar densitatea r a aerului la temperatura camerei t=20 C si presiunea p=760 torr este r=1.205 Kg/m³.

Fisa de lucru a studentului Constantinescu Nicolae Cristian

Grupa 11.2