Labor_rab_chast_2

1. Измерить микрометром диаметр шарика. Измерения для каждого шарика проделать несколько раз (не менее трех) в разных положениях.

2. Опустить шарик в цилиндр с исследуемой жидкостью так, чтобы он падал посередине сосуда. С помощью секундомера измерить время t падения шарика, начиная с расстояния 3…5 см от поверхности жидкости и до дна сосуда. Сначала падение шарика в жидкости ускоренное, а, начиная с глубины 3…5 см, становится равномерным. Время t записать в таблицу.

3.Измерить путь l , пройденный шариком при равномерном движении

вжидкости.

4.Аналогичные измерения проделать с другими шариками.

Контрольные вопросы

1.Какие явления относятся к явлениям переноса? Почему они объединены одним названием?

2.Что называется вязкостью?

3.Как возникают силы внутреннего трения и как они направлены?

11

4.Каков физический смысл коэффициента вязкости и единица его измерения в СИ?

5.Записать коэффициент вязкости через микроскопические характеристики и по этой формуле проверить его единицу измерения в СИ.

6.В чем состоит метод Стокса по определению вязкости жидкости?

7.Во сколько раз будут отличаться скорости равномерного падения двух шариков из одного материала, у которых радиусы отличаются вдвое

Лабораторная работа № 2

Определение коэффициента Пуассона

Цель работы. Экспериментально определить коэффициент Пуассона для воздуха и сравнить полученное значение с теоретическим.

Приборы и принадлежности

1.Закрытый баллон с краном.

2.Водяной манометр.

3.Ручной насос.

Краткая теория

Системой тел или просто системой называется совокупность рассматриваемых тел или частиц. Некоторое количество газа, состоящего из определенного числа молекул (частиц), представляет собой термодинамическую систему.

Всякая система может находиться в различных состояниях, характеризующихся определенными параметрами. Основными параметрами, однозначно определяющими состояние газа, являются: объем V , давление p , температура T . Эти величины связаны между собой

уравнением состояния, которым для идеального газа является уравнение Менделеева - Клапейрона:

рV RT ,

Равновесным называется такое состояние системы, при котором:

a)параметры во всех точках системы с течением времени не меняются;

b)нет внешних воздействий, которые поддерживали бы эти параметры неизменными.

Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то состояние системы является неравновесным.

Графически равновесное состояние системы можно изобразить точкой, отложив по осям координат значения двух параметров (третий параметр однозначно определяется из уравнения состояния).

Термодинамическим процессом называется изменение состояния

рассматриваемой системы, например, данного количества газа , характеризующееся изменением ее параметров. Процесс, состоящий из совокупности последовательных равновесных состояний, называется равновесным.

Известны следующие равновесные процессы.

Эти процессы можно графически изобразить на диаграммах непрерывными линиями, которые соответственно называют изохорой, изобарой, изотермой, адиабатой. Равновесные процессы являются обратимыми, так как их можно провести в обратном направлении через те же промежуточные состояния системы, что и при прямом ходе.

Одним из фундаментальных законов термодинамики есть закон сохранения энергии с учетом механической и тепловой энергии. Такая общая формулировка закона сохранения энергии называется первым

законом (началом) термодинамики:

Q U A.

Количество теплоты Q , сообщенное системе, идет на изменение

(увеличение) ее внутренней энергии U и на совершение системой работы A над внешними силами.

Внутренняя энергия идеального газа определяется суммарной кинетической энергией поступательного и вращательного движений составляющих его молекул:

13

наименьшее число независимых координат, определяющих положение молекулы в пространстве, или число независимых движений, которые

свободы поступательного движения), для двухатомной жесткой молекулы

поступательные и три вращательные степени свободы).

Для характеристики тепловых свойств газа (тела) пользуются физической величиной, называемой теплоемкостью (удельной с и

равная количеству теплоты, необходимого для нагревания единицы массы вещества на один Кельвин:

Молярная теплоемкость С - это физическая величина, численно

равная количеству теплоты, необходимого для нагревания одного моля вещества на один Кельвин:

С Q ,T

где - молярная масса данного вещества ( m ).

Поскольку количество теплоты Q зависит от процесса, то для газов различают теплоемкости в зависимости от того, как идет нагревание: при

Применяя первый закон термодинамики к изохорическому и изобарическому процессам и учитывая определение молярной теплоемкости, получим значения:

14

Отношение теплоемкостей при постоянном давлении и при

Эта величина называется коэффициентом Пуассона, или показателем адиабаты, так как входит в уравнение адиабатического процесса (уравнение Пуассона):

Описание установки и методика измерений

Установка представляет собой закрытый баллон, соединенный с водяным манометром и насосом (рис. 1).

Рис. 1

Если с помощью насоса накачать в баллон воздух, то его давление внутри баллона станет выше атмосферного, что отмечается разностью уровней воды в обоих коленах манометра. При нагнетании воздуха внешние силы совершают над газом работу, за счет которой увеличивается внутренняя энергия газа и, следовательно, его температура станет выше комнатной. По истечении трех - четырех минут в результате теплообмена температура воздуха в баллоне понизится до комнатной, давление в баллоне за счет этого станет немного меньше, и разность уровней манометра

15

При быстром открывании на короткое время крана часть воздуха выходит, а оставшийся в баллоне воздух также быстро расширяется, и за это короткое время не успевает произойти теплообмен с окружающей средой, так что этот процесс можно считать адиабатическим расширением

расширении газ совершает работу за счет его внутренней энергии.

Рис. 2

После закрытия крана через три-четыре минуты воздух в баллоне нагреется до комнатной температуры T1 и его давление повысится до

Нагревание воздуха происходит при постоянном объеме V2 const ,

поэтому процесс 2 - 3 является изохорическим. Конечное состояние 3 характеризуется параметрами p3 ,V2 ,T1. . Так как температура в состояниях

1 и 2 одинакова и равна комнатной T1 , то пунктирная кривая 1 - 3 является

16

Из последнего выражения находим показатель адиабаты:

есть малые сжатия и разрежения воздуха, то разности логарифмов можно

Формула (5) является расчетной для определения коэффициента

Пуассона C p .

CV

Порядок выполнения работы

1.Осторожно, чтобы не выплеснулась вода из манометра, накачать воздух в баллон до разности уровней воды в коленах манометра в

15…20 см.

2.Закрыть кран и выждать три - четыре минуты, за которые температура внутри баллона понизится до комнатной, то есть воздух в баллоне будет находиться в состоянии термодинамического равновесия, и уровни воды в манометре установятся.

3.По нижним краям менисков отсчитать разность уровней h1 .

4.Быстро полностью открыть и сразу же закрыть кран. За это

короткое время часть воздуха выйдет из баллона до установления в баллоне атмосферного давления p2 p0 .

17

7.По формуле (5) вычислить экспериментальное значение коэффициента .

8.Пункты 1 - 7 повторить несколько раз и данные измерений и вычислений записать в таблицу.

Контрольные вопросы

1.Записать и сформулировать первый закон термодинамики.

2.Что называется внутренней энергией идеального газа?

3.Применить первый закон термодинамики ко всем изопроцессам.

4.Что называется молярной теплоемкостью газа? Единица измерения.

5.Что называется удельной теплоемкостью вещества? Единица измерения.

6.Что называется изохорной и изобарной теплоемкостями газа? Их формулы через число степеней свободы.

7.Записать формулу Майера.

8.Определить физический смысл универсальной газовой постоянной.

9.Какой процесс называется адиабатическим? Уравнение Пуассона для этого процесса.

10.Что называется коэффициентом Пуассона? Записать его формулу.

18

12.При каком расширении, адиабатическом или изотермическом, газ совершает большую работу и почему?

13.Как выгоднее сжимать газ, адиабатически или изотермически и почему?

14.Назовите все изопроцессы, запишите их условия, уравнения и

Лабораторная работа № 3

Изучение явления интерференции света

Цель работы. Определение длины световой волны с помощью бипризмы Френеля.

Приборы и принадлежности

1.Бипризма Френеля.

2.Осветитель.

3.Светофильтры.

4.Щель.

5.Собирающая линза.

6.Зрительная труба с отсчетной шкалой.

7.Измерительная линейка.

8.Оптическая скамья.

Краткая теория

С волновой точки зрения свет представляет собой электромагнитные

показывает, что физиологические, фотоэлектрические, фотохимические и

другие действия света вызываются в основном электрической

составляющей электромагнитного поля. В соответствии с этим вектор Е

19

называют в волновой оптике световым вектором. Поэтому уравнение световой волны:

распространения световой волны, 0 - начальная фаза колебаний. Аргумент косинуса в уравнении (1) определяет фазу колебания в

точке, находящейся на расстоянии r от источника в момент времени t .

Эти значения относятся к световым волнам в вакууме. В веществе длины световых волн будут иными. Это следует из того, что фазовая

Волновая природа света проявляется в частности в явлении интерференции.

Интерференцией волн называется явление наложения волн, при котором происходит устойчивое во времени их взаимное усиление в одних точках пространства и их ослабление в других точках в зависимости от соотношения между фазами этих волн.

Интерферировать могут только когерентные волны, если им соответствуют колебания, совершающиеся вдоль одного направления.

Когерентными волнами называются волны одинаковой частоты, колебания которых имеют постоянную разность фаз, не изменяющуюся с течением времени.

Источники, испускающие такие волны, называются когерентными источниками.

20