Nr ÿwiczenia

Nr wiczenia	Wyznaczanie stosunku dla powietrza i dwutlenku wgla metod akustyczn.			Ocena przygotowania teoretycznego.
25
Nr zespou	Nazwisko i imi			Ocena za sprawozdanie.
9	Wróbel Pawe³
Data	Wydzia	Rok	Grupa	UWAGI:
29.02.2000	EAI i E	I	I

Cel wiczenia:

Wyznaczanie prdkoci dwiku, stosunku
oraz efektywnej liczby stopni swobody moleku gazu dla powietrza i dwutlenku wgla.

Wiadomoci teoretyczne:

Fale dwikowe s podunymi falami mechanicznymi. Mog si rozchodzi w ciaach staych, cieczach i gazach. Fale z zakresu 20 Hz - 20000 Hz s syszalne przez czowieka. Fale o czstotliwociach wyszych nazywamy ultradwikami, a niszych czstotliwociach infradwikami.

Fale dwikowe powstaj w wyniku drga strun (np. gitara, struny gosowe), drga supów powietrza (organy, saksofon), oraz drga rónych pyt i membran (gonik, bben, wibrafon). Elementy drgajce periodycznie zagszczaj i rozrzedzaj otaczajce jej powietrze; Zagszczenie nastpuje w czasie ruchu do przodu, a rozrzedzanie w czasie ruchu powrotnego. Powietrze przenosi te zaburzenia na due odlegoci od róda w postaci fali.

Fala paska wystpuje wtedy gdy zaburzenie rozchodzi si tylko w jednym kierunku. Powierzchnie falowe fali paskiej s paszczyznami, a promienie fali liniami prostymi, równolegymi do siebie.

równanie ogólne fali :

i jego rozwizanie :

Prdko dwiku

W ciele staym prdko dwiku v okrela stosunek moduu sprystoci E do gstoci r orodka.

W przypadku gazów modu Younga naley zastpi adiabatycznym moduem sprystoci, równym iloczynowi cinienia p i stosunku ciepe waciwych

Z równania Clapeyrona wynika nastpujcy wzór na prdko v w gazie:

Fala wytworzona w ciele o skoczonych rozmiarach odbija si od granicy tego ciaa. Fala odbita porusza si w kierunku przeciwnym ni fala padajca i superpozycja tych dwóch fal daje w wyniku fal wypadkow zwan fal stojc.

Rezonans: Zwykle, gdy ukad fizyczny zdolny do wykonywania drga jest pobudzany periodyczn seri impulsów o czstoci zblionej do czstoci drga wasnych to ukad zostaje wprawiony w drgania o stosunkowo duej amplitudzie.

Ciepo waciwe:

Ciepo waciwe zaley od rodzaju substancji, a dla gazów równie od rodzaju przemiany. Dla gazów wystpuje ciepo waciwe przy staej objtoci
i przy staym cinieniu
.

Ciepo molowe wyraa si wzorem
, gdzie c - ciepo waciwe, M - masa jednego mola substancji

Dla gazów wyróniamy analogicznie do ciepa waciwego,
i
.

Przy czym wzajemna zaleno jest taka:

Liczb stopni swobody czsteczki nazywamy liczb niezalenych wspórzdnych, koniecznych do okrelenia pooenia czsteczki, albo ilo wszystkich sposobów absorbowania przez czsteczk energii.

Zasada ekwipartycji energii mówi, e dostpna energia zaley tylko od temperatury i taka sama ilo energii przypada na wszystkie stopnie swobody.

Gdy okrelimy f jako liczb stopni swobody to wtedy ciepa molowe wynosz
i
, czyli

Braki zasady ekwipartycji energii w zalenoci od temperatury

W niskich bd wysokich temperaturach niektóre stopnie swobody zostaj „zamroone”, tzn. i czsteczka nie moe wykonywa ruchu zwizanego z danym stopniem swobody, wie si to z tym i energia drga jest wielkoci kwantowan.

Prdkoci poszczególnych czsteczek s róne, przyjmuj rone wartoci z szerokiego zakresu. Jednake dla danego gazu istnieje charakterystyczny rozkad prdkoci czsteczek, który zaley od temperatury. Rozkad ten nazywany jest rozkadem Maxwella.

Prdko rednia kwadratowa drobin gazu jest to pierwiastek kwadratowy ze redniego kwadratu prdkoci czsteczek.

Prawa gazowe:

Prawo Boyle'a-Mariotte'a: przy staej temperaturze T zachodzi:

Prawo Charlesa: przy staej objtoci V zachodzi:

Prawo Gay-Lussaca: przy staym cinieniu p zachodzi:

Gdzie T - temperatura, p - cinienie, V - objto

Pomiary:

Wnioski:

- wraz ze wzrostem czstotliwoci ronie liczba maksimów

- prdko dwiku nie zaley od czstotliwoci fali, zaley natomiast od rodzaju orodka w którym si rozchodzi

Literatura:

H. Szydowski „Pracownia fizyczna”
R. Resnic, D. Halliday „Fizyka, tom 1”
A. Ziba „wiczenia laboratoryjne z fizyki”

Wnoski:

wykonujc pomiary zauwaamy, e zwiekszajc czstotliwo fali dwikowej ronie liczba maksimów nate
rónica dwóch maksimów jest staa dla danej czstotliwoci
na prdko dwiku moe wpywa m.in. rodzaj orodka i temperatura
czstotliwo fali nie wpywa na prdko dwiku

Literatura:

H. Szydowski „Pracownia fizyczna”
R. Resnic, D. Halliday „Fizyka, tom 1”

- A. Ziba „wiczenia laboratoryjne z fizyki”