Коммерциялық емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Физика кафедрасы

СТАТИСТИКАЛЫҚ ФИЗИКА ЖӘНЕ ТЕРМОДИНАМИКА

Барлық мамандықтардың

студенттері үшін зертханалық жұмыстарды

орындауға арналған әдістемелік нұсқау

Алматы 2011

ҚҰРАСТЫРҒАНДАР: Байпақбаев Т.С., Қарсыбаев М. Ш., Сыздықова Р.Н. Статистикалық физика және термодинамика. Барлық мамандықтардың студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқау. - Алматы: АЭжБУ, 2010.- 34 б.

Әдістемелік нұсқау зертханалық тәжірибенің әдістемесі, тәжірибе құрылғысының сипаты, тәжірибе жасау реті мен алынған нәтижелерді өңдеу, бақылау сұрақтары көрсетілген сегіз зертханалық жұмыстан тұрады.

Әдістемелік нұсқау барлық мамандықтардың студенттеріне арналған.

Без. 10, кесте. 9, әдеб. көр.- 3 атау.

Пікір беруші: физ.-мат. ғыл. канд., доц. Тонконогая Л.А.

««Алматы энергетика және байланыс университетінің» КЕАҚ 2010 жылғы жоспары бойынша басылады.

Ó «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2011 ж.

Кіріспе

Әдістемелік нұсқау «Статистикалық физика және термодинамиканың»: молекула-кинетикалық теория, тасымалдау құбылысы, идеал газ күйінің теңдеулері және термодинамикалық процестер, термодинамиканың бірінші және екінші бастамалары, фазалық ауысулар сияқты негізгі бөлімдерін қамтитын сегіз зертханалық жұмыстардан тұрады.

Зертханалық жұмыстарды сапалы және творчествалы орындау және эксперимент нәтижелерін өңдеу үшін:

1) зертханалық жұмысты және берілген әдебиеттерді мұқият оқып шығу қажет;

2) зертханалық жұмыстарды жүргізуге қажетті құрал-жабдқтармен және құрылғылармен танысу;

3) бақылаулар мен есептеулер жүргізу. Әр жұмыста берілген физикалық шаманы бақылау және өлшеу үшін келтірілген нұсқаулар бойынша жұмыстың бұл бөлігін өте ұқыпты және мұқият орындау қажет.
Барлық алынған өлшеу нәтижелері әр жұмыстың соңында келтірілген кестеге енгізіледі;

4) өлшеу нәтижелерін өңдеу. Өлшеу қателіктерін анықтау үшін эксперимент құрылғысының қателігін анықтау немесе алынған нәтижелерді өңдеудің статистикалық әдісін қолдануға болады;

5) әр жұмыстың нәтижелері бойынша қорытынды жасалуы қажет.

1 ММФ-10 зертханалық жұмыс. Стокс әдісімен сұйықтың динамикалық тұтқырлығын анықтау

Жұмыс мақсаты: сұйықтың тұтқырлық құбылысын оқып үйрену.

Тапсырмалары:

- Стокс әдісімен танысу;

- Стокс әдісімен сұйықтың (глицерин немесе кастор майы) тұтқырлығын анықтау.

10.1 Тәжірибе әдістемесі

Берілген жұмыста Стокс әдісі деп аталатын кішкене шардың құлау әдісімен сұйықтың динамикалық тұтқырлығы анықталады. Дене тұтқыр сұйықта қозғалғанда сұйық қабаттарының арасындағы ішкі үйкеліс күштерінің әсерінен оған кедергі күш әсер етеді. Бұл жағдайда сұйықтың өте жұқа қабаттары дененің бетіне жабысып, бірге қозғалады. Бұл қабат өзіне жақын сұйық қабаттарын бірге ілестіріп, қандай да бір уақыт периодна дейін құйынсыз қозғалады ( дененің өлшемі және жылдамдығы аз жағдайда).

Дененің өлшемі және жылдамдығы аз жағдайда Стокс [1] бойынша тұтқыр сұйықта дененің қозғалысына әсер ететін кедергі күш

(10.1)

формуласымен анықталады. Мұндағы - сұйықтың динамикалық тұтқырлық (немесе ішкі үйкеліс) коэффициенті;

- шар радиусы;

- сұйыққа қатысты шардың жылдамдығы.

Сұйықта тік құлаған шарға ( 1-сурет,а суретті қара) үш күш әсер етеді: төмен қарай бағытталған ауырлық күші, 2) жоғары қарай бағытталған кері итеруші күш, 3) шардың қозғалыс бағытына қарама-қарсы, яғни жоғары қарай бағытталған, тұтқыр кедергі күші. Бұл күштер мынаған тең:

, (10.2)

, (10.3)

, (10.4)

мұндағы және - шардың және сұйықтың массалары;

және - шардың және сұйықтың тығыздықтары;

g – еркін түсу үдеуі.

10.1 Сурет

Алғашқы екі күш шамалары жағынан тұрақты, ал үшінші күш шар жылдамдығына пропорционал. Сондықтан қандай да бір жылдамдыққа жеткеннен кейін кері итеруші күшпен кедергі күші қосылып, ауырлық күшімен теңгеріліп, шар бірқалыпты қозғала бастайды. Бұл жағдайда тең әсерлі күш нөлге тең болады:

. (10.5)

(10.2), (10.3) және (10.4) өрнектерін ескеріп, (10.5) формуласынан мына өрнекті аламыз

Осыдан

. (10.6)

Сонымен сұйықтағы шардың бірқалыпты құлауының жылдамдығын өлшеп, Стокс әдісі бойынша сұйықтың динамикалық тұтқырлығын анықтауға болады.

10.2 Тәжірибе құрылғысы

Стокс әдісі бойынша динамикалық тұтқырлықты анықтау құрылғысы (10.1 (б) суретке қараңыз) зерттелінетін сұйықпен толтырылған және 2 қақпақпен жабылған 1 шыны цилиндр ыдыстан тұрады, қақпақтың ортасында 3 саңылауы бар. Цилиндрге ара қашықтығы болатын екі горизонталь А және В белгі қойылған. А белгісі сұйық деңгейінен 5-8 см төмен қойылады. А және В белгілерінің арасында шар бірқалыпты қозғалысқа ие болады.

10.3 Жұмыстың орындалу реті

10.3.1 Шардың диаметрін микрометр көмегімен мұқият өлшеу қажет (кемінде үш рет).

10.3.2 Ыдыс қақпағының ортасындағы саңылаудан шарды тастаңыз.

10.3.3 А және В белгілерінің арасынан шардың t өту уақытын секундамермен өлшеңіз. Тәжірибені әртүрлі шарлар үшін 3-5 рет жүргізу қажет. Алынған мәліметтерді 10.1 кестеге енгізіңіз.

10.1 Кесте

№

м/с

Па×с

10.4 Алынған мәліметтерді өңдеу

10.4.1 Шардың бірқалыпты құлауының жылдамдығын

формуласымен анықтаймыз.

10.4.2 Зертелінетін сұйықтың динамикалық тұтқырлығы (10.6) формуласымен есептелінеді. Есептеу және өлшеу нәтижелері 10.1 кестеге енгізіледі.

10.4.3 Аз таңдау () әдісімен өлшеулердің абсолютті және салыстырмалы қателіктерін бағалау.

10.4.4 Алынған нәтижелерді анықтамадығы динамикалық тұтқырлық мәнімен салыстырыңыз.

10.4.5 Алынған нәтижелерді талдап, қорытындылаңыз.

10.5 Бақылау сұрақтары

10.5.1 Стокс әдісінің мәні неде?

10.5.2 Стокс формуласы қандай шарттарда дұрыс болып саналады?

10.5.3 Сұйықтың динамикалық тұтқырлығының физикалық мағынасы қандай?

10.5.4 СИ жүйесінде динамикалық тұтқырлықтың өлшем бірлігі қандай?

10.5.5 Ыдыста белгі неге сұйық деңгейінен 5-8 см төмен қойылады?

10.5.6 Стокс әдісінде қателіктердің мүмкін көзі қандай ?

2 ММФ – 11 зертханалық жұмыс. Ауа молекулаларының эффективті диаметрін және еркін жүру жолының орташа ұзындығын анықтау

Жұмыс мақсаты: молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығын өлшеу әдісін меңгеру.

Тапсырмасы:

- ауа молекулаларының еркін жүру жолының орташа ұзындығын оның тұтқырлығы арқылы анықтау;

- ауа молекулаларының эффективті диаметрін есептеу.

11.1 Тәжірибе әдістемесі

Молекулалардың соқтығысу процесін молекулалардың эффективті диаметрінің шамасымен сипаттау ыңғайлы. Молекулалардың эффективті диаметрі дегеніміз олардың соқтығысуы кезінде екі молекуланың центрлерінің ең аз жақындау қашықтығы. Молекулалардың келесі соқтығысқа дейінгі жүрген орташа жолы молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығын деп аталады.

Молекула-кинетикалық теориясы газдың макраскопиялық (қысым, көлем, температура) параметрлері мен микроскопиялық (молекуланың массасы, орташа өлшемі және олардың орташа квадраттық жылдамдығы, еркін жүру жолының орташа ұзындығы, т.б.) параметрлерін байланыстыратын формулаларды алуға мүмкіндік береді [1].

Осы формулаларды пайдаланып, газдың макропараметрлерін өлшеу негізінде оның микроскопиялық параметрлерін табуға болады.

Берілген жұмыста ауа молекулаларының еркін жүру жолының орташа ұзындығы анықталады. Молекула-кинетикалық теория бойынша газ тұтқырлығы молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығымен былай байланысқан:

, (11.1)

мұндағы - динамикалық тұтқырлық (немесе ішкі үйкеліс коэффициенті);

- газ тығыздығы;

- еркін жүру жолының орташа ұзындығы;

- молекулалардың орташа арифметикалық жылдамдығы.

(11.1) формуласынан алатынымыз

(11.2)

Газдың динамикалық тұтқырлығын түтіктің көлденең қимасы арқылы белгілі уақытта өтетін газдың көлемі жене оның ұштарының қысымдарының өзгерісімен өрнектелетін белгілі Пуазейл формуласы арқылы анықтауға болады.

, (11.3)

мұндағы - түтікше радиусы;

- түтікше ұзындығы.

Идеал газ тығыздығын Клапейрон-Менделеев теңдеуінен алуға болады

, (11.4)

мұндағы - газ тығыздығы;

- газдың абсолютті температурасы;

- газдың молярлы массасы;

- универсалды газ тұрақтысы.

Газ молекулаларының орташа арифметикалық жылдамдығы Максвеллдің таралу заңынан анықталады

. (11.5)

Ауа молекулаларының еркін жүру жолының орташа ұзындығын анықтайтын формуланы (11.3), (11.4) және (11.5) өрнектерін (11.2) формуласына қойып алуға болады

. (11.6)

Сонымен, ауа молекулаларының еркін жүру жолының орташа ұзындығын (11.6) формуласымен анықтау үшін ауа өтетін түтікшенің радиусын, ұзындығын және оның ұштарының қысымдарының өзгерісін, температурасын, қоршаған ортаның қысымын, белгілі уақытта түтікше арқылы өтетін газдың көлемін білу қажет.

Газ молекулаларының эффективті диаметрі еркін жүру жолының орташа ұзындығымен байланысы мына қатынаспен анықталады

, (11.7)

мұндағы - газдың бірлік көлеміндегі молекулалар саны. Ауа

молекулаларының эффективті диаметрін (11.7) формуласына -нің төмендегі өрнегін қойып, табуға болады

, (11.8)

мұндағы - қалыпты жағдайдағы бірлік көлемдегі молекулалар саны (Лошмид тұрақтысы ).

Молекулаларының эффективті диаметрі үшін соңғы өрнек мына түрде болады

, (11.9)

мұндағы және қалыпты жағдайдағы ауа қысымы және температурасы.

11.2 Тәжірибе құрылғысы

Жұмысты орындау құрылғысы ( 11.1суретке қара) төменгі жағында 2 краны бар 1 шыны түтіктен, оның жоғарғы жағы 3 түтікшесі (капиляры) бар тығынмен жабылған. Шыны түтіктің 3/4 бөлігі сумен толтырлады. Кранды ашқанда түтіктен су тамшылап ағады да, судың жоғарғы бетінде қысым азаяды. Сонымен капилярдың екі ұштарындағы қысым әртүрлі (жоғарғы жағында атмосфералық қысым, төменгі жағында атмосфералық қысымнан аз) болады да, капиляр арқылы ауа өте бастайды.

11.1 Сурет

Капиляр диаметрі өте аз болғандықтан капилярдың екі ұшындағы қысымдар теңгерілмейді. Түтіктегі су деңгейін 4 шкала арқылы мл-мен өлшенеді.

11.3 Жұмыстың орындалу реті

Шыны түтік алдын алы көлемінің 3/4 бөлігі сумен толтырылады. Кранды су тамшылап ағатындай етіп ашу қажет. Түтіктегі судың бастапқы деңгейін белгілеп алып, секундамерді қосу керек. Судың 10 мл-і аққаннан кейінгі деңгейін және уақытын өлше.

Капилярдың екі ұшындағы қысым өзгерісінің орташа мәнін мына өрнекпен анықтауға болады

, (11.10)

мұндағы

- капилярдың жоғарғы ұшындағы қысым, ол атмосфералық қысымға тең;

- капилярдың төменгі ұшындағы орташа қысым.

Шыны түтіктегі су атмосфераға шықандықтан, қысым түтіктегі судың гидростатикалық қысымымен және оның жоғарғы жағындағы ауа қысымымен теңеседі. Түтіктегі судың екі деңгейі үшін

; , (11.11)

өрнектерін аламыз.

Мұндағы - су тығыздығы.

(11.11) формуласынан

(11.12)

(11.12) өрнегін (11.10) өрнегіне қойып алатынымыз

. (11.13)

Сонымен қатар зертханадағы ауа температурасымен атмосфералық қысымды өлшеу қажет.

Тәжірибені 3-5 рет қайталап, өлшеу нәтижелерін 11.1 кестеге енгізу керек.

11. 1 Кесте

№	t, с	h₁, м	h₂, м	V, м³	, Па	, м			, %	d эф,м

11.4 Өлшеу нәтижелерін өңдеу

11.4.1 Ауа молекулаларының еркін жүру жолының орташа ұзындығын (11.6) формуласымен есептеу керек.

11.4.2 Аз өлшеу әдісімен өлшеудің абсолют және салыстырмалы қателерін бағалау.

11.4.3 Есептеу нәтижелерін кестеге енгізу керек.

11.4.4 Ауа молекулаларының эффективті диаметрін (11.9) форму-ласымен есептеу.

11.4.5 Алынған нәтижелерді және d шамаларының анықтамалық мәндерімен салыстырып, берілген әдістің қателіктерінің мүмкін көздерін бағалау.

11.4.6 Алынған нәтижелерді талдап, қорытындылаңыз.

11.5 Бақылау сұрақтары

11.5.1 Газ молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығы дегеніміз не?

11.5.2 Молекулалардың эффективті диаметрі дегеніміз не?

11.5.3 Газ тұтқырлығы мен молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығы қалай байланысқан?

11.5.4 1 Газ молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығын анықтаудың берілген әдісінің мәні неде?

11.5.5 Шыны түтіктен сұйықтың ағуы тамшы режімге қандай шартта жетеді?

11.5.6 Түтіктен сұйықтың ағуының тамшы режімінде капилярдың ұштарындағы қысымның өзгеруі неге тең?

3 ММФ – 12 зертханалық жұмыс. Ауаның адиабаттық көрсеткішін анықтау

Жұмыс мақсаты: идеал газ үшін изопроцестерді оқып үйрену.

Тапсырмалары:

- Клеман – Дезорм әдісімен танысу;

- Клеман – Дезорм әдісімен ауаның адиабаттық көрсеткішін анықтау.

12.1 Тәжірибе әдістемесі

Берілген жұмыста адиабаттық көрсеткіш Клеман – Дезорм әдісі деп аталатын классикалық әдіспен анықталады. Бастапқыда жүйе (газ) Т₁ температура, р₁ қысым және V₁ меншікті көлем (газ массасының бірлік көлемі)- термодинамикалық параметрлермен сипатталатын 1 күйде болады. Адиабаттық ұлғаю нәтижесінде газ Т₂, р₂, V₂параметрлерімен сипатталатын 2 күйге өтеді (12.1 суретке қараңыз). Содан соң, газ V₂тұрақты көлемде бастапқы Т₁ температураға тең Т₃ температураға дейін қызады. Соңғы күйде оның параметрлері Т₃, р₃, V₃ (Т₃=Т₁, V₃= V₂) болады. 1-2 процесі адиабаттық болғандықтан

, (12.1)

мұндағы - берілген газдың адиабаттық көрсеткіші.

Жүйенің 1 және 3 күйлерде температуралары өзгермейді (изотермиялық процесс), олай болса Бойл-Мариотт заңын мына түрде жазамыз

. (12.2)

Келтірілген (12.1) және (12.2) өрнектерінен алатынымыз

. (12.3)

Осыдан адиабаттық көрсеткіш былай анықталады

. (12.4)

Тәжірибеде атмосфералық қысымға тең. Сондықтан 1 және 3

күйлердегі қасымдарды арқылы жазамыз ; , (12.5)

мұндағы және -манометр көрсетулері;

- манометрдегі сұйық тығыздығы.

Адиабаттық көрсеткіш үшін (12.4) формуланы (12.5) өрнегін пайдаланып, мына түрде қайта жазуға болады

(12.6)

Бұл өрнектегі және екенін ескерсек, онда және және x<<1 жағдайда жуықтау формуласын пайдаланып, адиабаттық көрсеткіш үшін алатынымыз . (12.7)

12.2 Тәжірибе құрылғысы

Клеман-Дезорм әдісі бойынша ауа үшін адиабаттық көрсеткішін анықтауға арналған тәжірибе құрылғысы (12.2 суретті қараңыз) 1 үлкен шыны баллоннан, баллонға ауа айдайтын насоспен жалғанған 2 краннан, артық қысымды өлшеу үшін -тәрізді 3 манометрден тұрады. Балондағы ауаны шығару үшін және оны атмосферамен жалғау үшін 4 краны қолданылады.

12.3 Жұмыстың орындалу реті

12.3.1 Жабық баллонға (4 кран жабық) және 2 ашық краннан манометрдегі сұйық деңгейінің өзгерісі 300 - 350 бөлікке (мм) жеткенше ауа айдалынады.

12.3.2 Құрылғыдағы 2 кранды жауып, баллондағы температура қоршаған ортаның температурасымен теңескенше және қысым қалыпқа түскенше 3-5 минут күтіп, манометрдегі сұйық деңгейінің өзгерісін жазып аламыз.

12.3.3 Қысқа уақытқа 4 кранын ашып, шыққан ауаның пышылдауы басылғаннан кейін, яғни баллон ішіндегі қысым атмосфералық қысыммен теңескенде кран қайта жабылады.

12. 1 Сурет 12.2 Сурет

12.3.4 Баллондағы ауа қоршаған ортаның температурасына дейін қызғанша 3-5 минут күтіп, манометрдегі сұйық деңгейінің екінші h₃өзгерісін жазып аламыз.

12.3.5 Тәжірибе осылай шамасын өзгерте отырып, 3-5 рет қайталанылады.

12.3.6 Өлшеу нәтижелері 12.1 кестесіне енгізіледі.

12.1 Кестесі

№

, %

12.4 Нәтижелерді өңдеу

12.4.1 Ауа үшін адиабаттық көрсеткішін (12.7) формуласымен есептеу.

12.4.2 Аз өлшеу Р=0,95 әдісімен абсолюттік және салыстырмалы қателіктерді бағалау.

12.4.3 Нәтижелерін 12.1 кестесіне енгізу.

12.4.4 Алынған нәтижелерді -ның еркіндік дәреже бойынша есептелінетін теориялық мәнімен салыстырып, берілген әдістің қателіктерінің мүмкін көздерін бағалау.

12.4.5 Алынған нәтижелерді талдап, қорытындылаңыз.

12.5 Бақылау сұрақтары

12.5.1 Адиабаттық көрсеткіш дегеніміз не?

12.5.2 Берілген жұмыста көрсеткішін анықтаудың Клеман-Дезорм әдісінің мәні неде?

12.5.3 Қысқа уақытқа 4 кранын ашқанда қандай процесс өтеді?

12.5.4 Адиабаттық процесс қандай теңдеумен өрнектеледі ?

12.5.5 Адиабаттық процесс кезінде газ температурасы мен ішкі энергиясы қалай өзгереді?

12.5.6 Изохоралық процесс деп қандай процесті айтады?

12.5.7 Изотермиялық процесс қандай теңдеумен өрнектеледі ?

4 ММФ-13 Зертханалық жұмыс. Ауаның изобаралық және изотермиялық жылусыйымдылықтарының қатынасын дыбыс жылдамдығы бойынша анықтау

Жұмыс мақсаты: изобаралық және изотермиялық жылусыйымдылықтарының қатынасын дыбыс жылдамдығы бойынша анықтау әдісін меңгеру.

Тапсырмалары:

- газдардағы дыбыстың таралу құбылысын оқып үйрену;

- дыбыс толқынының жылдамдығын анықтау;

-адиабаттық процесс кезінде дыбыс толқыны таралғанда ауа үшін қатынасын анықтау.

13.1 Тәжірибе әдістемесі

Берілген жұмыста изобаралық және изотермиялық жылусыйымдылықтарының қатынасын газдағы дыбыс жылдамдығын өлшеуге негізделген әдіс бойынша анықталады.

Механикада газдардағы дыбыстың таралу жылдамдығы келесі өрнекпен анықталады

, (13.1)

мұндағы - газ тығыздығы; - газ қысымы жалпы жағдайда тек тығыздыққа ғана емес, -температураға да тәуелді.

Газдардағы дыбыс тербелісі газдың периодты түрде кезектесіп сығылып және ыдырауы. Лаплас көрсеткендей, дыбыс толқынында тығыздық тербелісі және онымен байланысты температура тербелісі тез болғандықтан, бұл процесс кезінде ауаның жылуөткізгіштігі өте аз, тіпті оны ескермеуге де болады. Дыбыс толқынында ауаның қоюлануы мен ыдырауы арасындағы температура өзгерісі теңесіп үлгермейді, сондықтан дыбыстың таралуын адиабаттық процесс деп есептеуге болады.

Газдың тепе-теңдік адиабаттық процессі кезінде идеал газ күйін анықтайтын параметрлердің өзара қалай байланысқанын қарастырамыз. Адиабаттық процесс кезінде қоршаған ортамен жылу алмасу болмайтындықтан , және бұл жағдайда термодинамиканың бірінші заңы мына түрде жазылады:

Тепе-теңдік процестер үшін және , осыдан .

Идеал газдың бір мольі үшін Клайперон – Менделеев теңдеуі былай жазылады

(13.3) өрнегіне мәнін қойып, алатынымыз:

Изобаралық және изахоралық -мольдік жылусыйымдылықтардың қатынасын

, (13.2)

деп белгілейміз, мұндағы - адиабаттық көрсеткіш.

Сонда

. (13.3)

Егер (13.3) формуласындағы көлемін ~ тығыздық арқылы жазатын болсақ, онда

. (13.4)

Адиабаттық процесс үшін

. (13.5)

Газдағы дыбыс жылдамдығы үшін Лаплас формуласы (13.5) өрнегі бойынша, мына түрде жазылады

. (13.6)

Клайперон – Менделеев теңдеуінен , сонда

, (13.7)

мұндағы - газдың мольдік массасы; -газ температурасы.

Соңғы өрнектен адиабаттық көрсеткішті анықтауға болады

. (13.8)

Газдағы дыбыс жылдамдығы тұрғын толқын әдісімен анықталады. Егер қандай да бір жүйеде түскен және шағылған толқындар арасындағы фазалар айырымы болса, онда олардың интерференциясы кезінде тұрғын толқын пайда болады.

Тұрғын толқынның көрші түйіндері мен өркештерінің ара қашықтығы . Осыдан немесе

мұндағы -дыбыс тербелісінің жиілігі.

Осы теңдеулерді теңестіріп, алатынымыз

. (13.9)

Сонымен, тұрғын толқынның көрші түйіндері мен өркештерінің ара қашықтығын өлшеп, және дыбыс тербелісінің жиілігін біле отырып газдағы дыбыс жылдамдығын (13.9) формуласымен, содан соң (13.8) өрегімен

қатынасын анықтауға болады.

13.2 Тәжірибе құрылғысы

Ауадағы дыбыс жылдамдығын анықтауға арналған құрылғы (13.1 суретке қараңыз) бір шетінде дыбыс көзі 3 телефон бар құбырдан, 1 дыбыс генераторымен қоздырылатын мембранадан, құбыр ішінде штокпен жылжытылатын 5 поршень орнатылған. Телефонға жақын 4- қабылдағыш микрафон орналасқан. Дыбыс тербелісі әсерінен микрафонда пайда болған электр сигналы 2 электронды осциллографтың кірісіне беріледі.

Құбырдағы тұрғын толқын пайда болғанда осциллограф экранында амплитуданың едәуір артуы байқалады.

Дыбыс толқынының көзі (телефон) мен поршеннің ара қашықтығы болғанда берілген жүйеде тұрғын толқын пайда болады. Сонда -қашықтық мына түрде жазылады

. (13.10)

Генератор тербелісінің жиілігін өзгерту немесе құбырдағы поршенді жылжыту арқылы резонансқа келтіруге болады.

13.1 Сурет

13.3 Жұмыстың орындалу реті

13.3.1 Дыбыс жиілік генераторы мен электронды осциллографты желіге қосамыз. Генератор арқылы керекті тербеліс жиілігіне қоямыз.

13.3.2 Осциоллограф экранынан ыңғайлы кескіннің өлшемін бақылау үшін, поршенді телефонға мүмкіндігінше жақындату қажет.

13.3.3 Поршенді телефоннан ақырын алыстата отырып, экранда тербеліс амплитудасының бірінші максимумы байқалатын, микрафоннан поршенге дейінгі қашықтықты өлшейміз. Поршенді әрі қарай жылжыта отырып келесі екі резонанстардағы резонатордың ұзындықтарын табу керек.

13.3.4 Поршенді қайта кері жылжытып қашықтықтарын қайта өлшейміз. Көрсетілген өлшеу процестерін әртүрлі жиіліктер үшін 3-5 рет қайталаймыз.

13.3.5 Өлшеу нәтижелерін 13.1кестеге енгіземіз.

13.1 Кесте

№

Гц

м/с

ε ,

13.4 Өлшеу нәтижелерін өңдеу

13.4.1 қашықтығын (13.10) формуласымен және әр жиілік үшін оның орташа мәнін есептейміз.

13.4.2 Дыбыс жылдамдығын және жылусыйымдылықтардың қатынасын (13.9) және (13.8) формулаларымен есептейміз.

13.4.3 Аз өлшеу әдісімен (Р=0,95) салыстырмалы және абсалютті қателіктерді бағалаңыз.

13.4.4 Есептеулер нәтижесін 13.1 кестесіне енгізіңіз.

13.4.5 Алынған нәтижелерді шамасының ауа үшін, еркіндік дәреже сандарымен анықталатын теориялық мәнімен салыстырып, берілген әдістің қателіктерінің мүмкін көздерін бағалау.

11.4.6 Алынған нәтижелерді талдап, қорытындылаңыз.

13.5 Бақылау сұрақтары

13.5.1 Адиабаттық процесс дегеніміз қандай процесс?

13.5.2 Дыбыс толқынының газдардағы таралуын неге адиабаттық процесс деп қарастыруға болады?

13.5.3 Газдардағы дыбыс жылдамдығы қандай шамаларға байланысты ? 13.5.4 Берілген жұмыста қолданылған әдістің мәні неде?

13.5.5 Құбырда тұрғын толқын қандай шартта пайда болады?

13.5.6 Тұрғын толқындарда көршілес өркештер мен түйіндердің ара қашықтығы неге тең?

5 ММФ-14 зертханалық жұмыс. Қалайының балқу және қызу қисығын, энтропия өзгеруін анықтау

Жұмыс мақсаты: Бірінші текті фазалық ауысуды оқып үйрену.

Тапсырмалары:

- термопара көмегімен қалайы үшін қисығын алу;

-қалайының қызу және балқу, сонымен қатар салқындау және қатаю

қисықтарын салу;

- қалайының меншікті балқу жылуын және балқу температурасын

анықтау ;

- қалайының балқуы кезіндегі энтропия өзгерісін есептеу.

14.1 Тәжірибе әдістемесі

Қатты дененің сұйыққа айналуы (балқу) немесе оған кері процесс (кристалдану) бірінші текті фазалық ауысуға жатады. Бұл жағдайларда жылу бөлінеді немесе жұтылады, мұны фазалық ауысудың жылуы деп атайды. Бірінші текті фазалық ауысу кезінде дененің энтропиясы, ішкі энергиясы, тығыздығы секірмелі өзгереді, ал айналу процессінің өзі берілген тұрақты қысымда тұрақты температурада өтеді. Сыртқы шарттар өзгермеген жағдайда берілген заттың температурасы мен уақытқа байланысты қисығын тәжірибе арқылы анықтап, оның меншікті балқу жылуымен балқу температурасын өлшеуге болады. Мұндай қисықты алу үшін зерттелінетін зат (қалайы) салынған тигельді пешке салып, қыздырады. Тигелдегі қалайының белгілі уақыт аралығындағы температурасы өлшенеді. Тұрақты қысымдағы балқудың сипаттық қисығы 14.1 суретте келтірілген.

14.1 Сурет

Қисықтың ab аралығы заттың балқу температурасына дейінгі қызуын сипаттайды, bс – аралығы балқуға сәйкес келеді. Қыздырғыш пештің тұрақты

қуатында затқа берілетін жылу мөлшері қоршаған ортада шығындалған жылуға байланысты. Шығындалған жылу мөлшері қоршаған ортамен пештің температураларының өзгерісіне пропорционал. Сондықтан балқу нүктесіне жақын аb аймағынан анықталатын және заттан алынған N жылу қуаты балқу периодындағы жылу қуатына үлкен дәлдікпен тең болады

, (14.1)

мұндағы , - қалайы мен тигель массалары;

, - тигель мен қалайының меншікті жылусыйымдалықтары;

- қалайы температурасы;

- уақыт.

bс -балқу аймағында

(14.2)

мұндағы - балқу уақыты; - қалайының меншікті балқу жылуы. Осы (14.1) және (14.2) қатынастардан балқудың меншікті жылуын анықтауға болады

(14.3)

Егер заттың балқу және қызу процестерін ішкі қайтымды квазитепетеңдік процесс деп қарастырсақ, балқу қисығынан жүйенің энтропия өзгерісін анықтауға болады

(14.4)

мұндағы Т_к ,Т_б –бөлме және қалайының балқу температуралары.

14.2 Тәжірибе құрылғысы

Тәжірибе құрылғысының сұлбасы 14.2 Суретте келтірілген.

14.2 Сурет

Тәжірибе құрылғысы 1 электрлі қыздырғыш пештен, 4 зерттелінетін зат (қалайы) салынған 3 (алундалы) тигелден тұрады. Қалайыға термо-ЭҚК-і вольтметрмен өлшенетін 2 хромель-алюмелді термопараға батырылады. Термо ЭДС «ыстық» жапсардың температуралар өзгерісіне және бірдей Т_ктемпературада болуға тиіс термопараның бос ұштарына пропорционал.

14.3 Жұмыстың орындалу реті

14.3.1 Термопараның салқын жапсарының Т_к (бөлме температурасы) температурасын зертханалық термопара көмегімен өлшеу.

14.3.2 Бастапқы жағдайда вольтметр көмегімен термо-ЭҚК-ті өлшеу керек.

14.3.3 Қыздырғыш пешті және сонымен қатар секундамерді де қосамыз.

14.3.4 Бірдей уақыт (1минут) аралығында термопарадағы термо ЭҚК-і өлшенеді.

14.3.5 Металдың балқу процесі аяқталғаннан соң (қисықтағы С-нүктесі) қыздырғышпен секундамер өшіріледі.

14.3.6. Секундамерді қайта қосып және бірдей уақыт аралығында қалайының салқындау және қатаю (кристалдану) процестері кезіндегі термо ЭҚК-ті өлшеу қажет.

14.3.7 Өлшеу нәтижелерін 14.1 кестеге енгізіңіз.

14.1 Кесте

№

Тәжерибе

Mв

Т_к,

Т,

Т_п,

_п,

Вт

Дж/кг

Дж/К

14.4 Өлшеу нәтижелерін өңдеу

14.4.1 Хромель - алюмелді термопараның өлшем кестесін пайдаланып өлшем қисығын салыңыз.

14.4.2 Өлшем қисығы бойынша қалайының температурасын анықта.

14.4.3 Өлшем нәтижелері бойынша қалайының қызу және балқу, сонымен қатар салқындау және қатаю қисықтарын салыңыз.

14.4.4 Алынған металдың қызу кезіндегі -жылу қуаты (14.1) формуласы бойынша анықталады. Бұл жағдайда қисықтың балқу нүктесіне жақын айамағынан табылады (қисықтағы в нүктесі).

14.4.5 Қалайының меншікті балқу жылуы (14.3) формуласымен есептелінеді.

14.4.6 Балқу процесі кезіндегі қалайыныңэнтропия өзгерісін 14.4 өрнегімен анықталады.

14.4.7 Есептеу нәтижелерін 14.1 кестесіне енгізу қажет.

14.4.8 T_б және мәндерін анықтамалық мәндерімен салыстырып, берілген әдістің мүмкін көздерін бағалау.

14.4.9 Алынған мәліметтерді талдап, қорытынды жасау.

14.5 Бақылау сұрақтары

14.5.1 Бірінші текті фазалық ауысу дегеніміз не?

14.5.2 Бірінші текті фазалық ауысу кезінде не өзгереді?

14.5.3 Бірінші текті фазалық ауысуға қандай процестер жатады?

14.5.4 Берілген жұмыста қалайының балқу температурасы мен меншікті балқу жылуы қалай анықталады?

14.5.5 Термопараның температураны өлшеу принципі қандай?

6 ММФ-15 зертханалық жұмыс. Капилляр әдісімен ауаның тұтқырлық коэффициентін анықтау

Жұмыс мақсаты: капилляр әдісімен газдардың тұтқырлық коэффициентін анықтау дағдысын меңгеру.

Тапсырмалары:

- капилляр әдісімен газдардың тұтқырлық коэффициентін анықтаумен танысу;

- капилляр әдісімен газдардың тұтқырлық коэффициентін анықтау.

15.1 Тәжірибе әдістемесі

Берілген жұмыста Пуазейл формуласына негізделген, газдардың тұтқырлық коэффициентін анықтаудың капилляр әдісі қолданылады.

Барлық үлкен немесе кіші еркіндік дәрежелі нақты сұйықтар мен газдарда ішкі үйкелісі (тұтқырлығы) болады. Тұтқырлық қандай да бір сыртқы факторлардың әсерінен сұйықтардағы немесе газдардағы қозғалыстың әсерінен пайда болады, қозғалыс тоқтағанда ол да біртіндеп жоғалады.

Дөңгелек трубадағы тұтқыр сұйықтың немесе газдың ағынын қарастырамыз. Өлшеулер көрсеткендей, сұйықтардың (газдардың) баяу ағысы кезінде сұйық (газ) бөлшектерінің жылдамдығы трубаның қабырғасына жақын аймақтан, нөлден бастап оның осін қарай максимумге дейін өзгереді. Бұл жағдайда сұйық бір-біріне қатысты араласпай, сырғитын бөлек-бөлек жұқа цилиндрлік қабаттардай болады. Сұйықтардың немесе газдардың осындай ағысын ламинарлы немесе қабатты қозғалыс деп аталады.

Тәжірибелер көрсеткендей, трубада сұйықтың (газдың) тұрақты ағынын тудыру үшін трубаның ұштарында қысым өзгерісі болуы қажет. Сұйықтың үдеусіз стационар ағыны қысым күшінің қозғалысты тежейтін қандай да бір күшпен теңесетінін білдіреді. Бұл күштер труба қабырғасының шекарасындағы және қабаттар арасындағы шекаралардағы ішкі үйкеліс күші.

Сұйық қабаттары арасындағы шекарада жататын ауданға түсірілген ішкі үйкеліс күшінің модулі эксперимент бойынша алынған мына қатынаспен анықталады

, (15.1)

мұндағы - сұйықтың (газдың) табиғатына және күйіне (мысалы, температура) тәуелді пропорционалдық коэффициент, ол тұтқырлық деп аталады;

- қабаттар қозғалысының жылдамдығына перпендикуляр бағыттағы бірлік ұзындыққа сәйкес келетін жылдамдықтың өзгерісін көрсететін, жылдамдық градиенті;

Тұтқырлық коэффициенті немесе жай тұтқырлық температураға тәуелді. Бұл тәуелділік сипаты сұйықтар мен газдарда айтарлықтай өзгеше. Сұйықтарда температура артқанда тұтқырлық үлкен шамаға кемиді. Ал газдарда керсінше, температура артқанда артады. Сұйықтар мен газдарда температураның өзгерісіне байланысты сипаттарының әртүрлі болуы, олардағы ішкі үйкелістің механизмінің өзгеше екенін білдіреді.

Француз ғалымы Пуазейль 1840 ж. өте жіңішке түтікшедегі-капиллярдағы сұйықтың ламинарлы қозғалысын зерттеді. Өзінің тәжірибелерінен бірлік уақытта капилярдың көлденең қимасы арқылы өтетін сұйық көлемі яғни -сұйықтың көлемдік шығынын анықтайтын Пуазейль формуласы деп аталатын төмендегі қатынасты алды

. (15.2)

Бұл өрнектен шығыны капилярдың радиусына өте күшті байланыста екені көрініп тұр және ол түтіктің бірлік ұзындығына сәйкес келетін қысымның түсуіне пропорционал, сонымен қатар сұйықтың тұтқырлығына кері пропорционал.

Пуазейль формуласы сұйықтар мен газдардың тұтқырлық коэффициентін анықтауға қолданылады. Сұйықты немесе газды радиусы және ұзындығы капиляр арқылы жіберіп, қысым түсуін және шығыны өлшенеді. Содан соң тәжірибеден алынған шамалар бойынша тұтқырлық коэффициенті мына өрнекпен есептелінеді

. (15.3)

Берілген жұмыста Пуазейль формуласы ауаның тұтқырлық коэффициентін анықтауға қолданылады.

15.2 Тәжірибе құрылғысы

Ауаның тұтқырлық коэффициентін анықтайтын ФПТ1 -1тәжірибе құрылғысы негізгі үш бөліктен (15.1 суретке қараңыз): 1 жұмыс элементінің блогы; 2 құрал блогы; 4 тіреуіштен тұрады.

Құралдар блогының 2 бет жағында қондырғыны басқару және реттеу органдары орналасқан. Сырттай қарағанда блок екі модульге бөлінген:

1) микрокомпрессор мен көрсеткіш лампыны қорек көзіне қосатын тумблері бар СЕТЬ қоректік модулі;

2) құрал блогына орналасқан микрокомпрессорды және ауа шығының реттеуішін қосуға арналған тумблері бар ВОЗДУХ модулі.

Құрал блогының 2 ішінде микрокомпрессор орналасқан. Бұл блоктың артқы бетінде 220 В кернеу ұяшығы және электр жүйелері қорғағыштары қойылған.

Жұмыс блогының құрамында металл капилляр 4 жұмыс элементі бар. Капилляр радиусы -1мм, ұзындығы -0,1м. Құрал блогындағы микрокомпрессордан капиляр арқылы ауа айдалады. Ауаның көлемдік шығыны 5 реометрмен өлшенеді. Капилярдағы қысым түсуі камералармен жалғанған 3 су монометрімен өлшенеді. Тіреуіш 4 жоғарыда аталған блоктар бірігетін құрылғы болып табылады.

15.3 Жұмыстың орындалу реті

15.3.1 Ауа шығынының реттеуішін минимумға қою қажет.

15.3.2 СЕТЬ модуліндегі тумблерді қосу арқылы құрылғы қоректендіріледі.

15.1 Сурет

15.3.3 ВОЗДУХ модуліндегі ауа шығынын реттеуішті ақырын бұрай отырып, шығынын шамамен реометр шкаласының ортасына келтіру қажет (шамамен ).

15.3.4 Реометр көрсеткішін, яғни ауа шығынын жазып алыңыз.

15.3.5 Берілген ауа шығынына сәйкес келетін манометрдегі қысым өзгерісін өлше.

15.3.6 ауа шығынын өзгерте отырып, тәжірибені 5-7 рет қайталау қажет.

15.3.7 Өлшеу нәтижелерін 15.1 кестесіне енгізіңіз.

^{15.1 Кесте}

№ тәжерибе

,

e,%

15.4 Өлшеу нәтжелерін өңдеу

15.4.1 Ауаның тұтқырлық коэффициентін (15.3) формуласымен есептеу қажет.

15.4.2 Аз өлшеу әдісімен өлшеудің абсолютті және салыстырмалы қателіктерін бағалаңыз P=0,95.

15.4.3 Есептеулер нәтижелерін 15.1 кестеге енгізіңіз.

15.4 Алынған нәтижелерді ауа үшін тұтқырлық коэффициентінің кестедегі мәндерімен салыстырыңыз.

15.4.5 Ауаның тұтқырлығын анықтаудың капиляр әдісінің дәлдігі туралы қорытынды жасап, алынған мәліметтерді талдаңыз.

7 Зертханалық жұмыс ММФ-16. Ауаның тұрақты қысымдағы және тұрақты көлемдегі жылу сыйымдылықтарының қатынасын Клеман және Дезорм тәсілі бойынша анықтау

Жұмыстың мақсаты: Клеман және Дезорм тәсілін меңгеру және газдар үшін анықтауға машықтану.

Тапсырмалар:

- Клеман мен Дезорм тәсілімен танысу;

- ауа үшін қатынасын Клеман мен Дезорм тәсілімен анықтау.

16.1 Тәжірибенің әдістемесі

Бұл жұмыста ауаның тұрақты қысымдағы және тұрақты көлемдегі жылу сыйымдылықтарының C_р/ C_v қатынасы Клеман мен Дезорм ұсынған классикалық тәсілмен анықталады.

Ол үшін атмосфералық қысымда газбен толтырылған көлемі бір неше литр болатын шыны баллон ( 12.1 суретке қараңыз) қолданылады. Баллонға газды үрлеп енгізгеннен кейін біраз уақыт өткеннен соң баллон ішіндегі газдың Т₁ температурасы сыртқы ортаның температурасымен теңеледі. Бұл жағдайда баллон ішінде р₁^/ қысым орнығады, ол су манометрімен өлшенеді.

Сонан кейін баллондағы газды қысқа уақыт атмосферамен қосқанда газдың біразы баллоннан шығады да баллон ішіндегі р₂ қысым атмосфералық қысыммен теңеседі. Бұл жағдайда баллонда қалған газ қоршаған ауаның қысым күштеріне қарсы жұмыс істеп, адиабаталық түрде ұлғаяды. Осының салдарынан оның температурасы төмендеп Т₂ болады. Әрі қарай баллон жабылғаннан кейін жылу алмасудың нәтижесінде газ температурасы Т₃ қоршаған ауаның температурасына теңескенге дейін жайлап жыли береді де, қысым p₂болып артады. Баллон ішіндегі қысымның мәндері арқылы С_p /С_v қатынасын есептеп табуға болады

Баллон ішінен ойша тұйық қабықшамен шектелген газдың бөлігін бөліп алайық (12.1 суретті қараңыз). Бөліп алған газдың бөлігінде (массасында) орындалатын жоғарыда келтірілген процестердің бәрін қарастырайық . Осы қабықшаның ішіндегі газ әртүрлі процестерде қоршаған ауаның қысым күштеріне қарсы жұмыс істей отырып, жылу алмаса отырып ұлғаяды немесе сығылады. Пайда болатын макроскопиялық қозғалыстың кинетикалық энергиясы шамалы болғандықтан мұндағы процестерді квазистатикалық немесе теңгерілген процестер деуге болады. Қысымды өлшеу мезетінде «қабықша» ішіндегі газдың күйін сипаттайтын параметрлердің мәндері мынадай. Бастапқыда газдың берілген массасы термодинамикалық параметрлермен - Т₁ температурамен, р₁^/ қысыммен және V₁ көлеммен - сипатталатын 1 күйде болады (12.2 суретке қараңыз). Газ адиабаталық түрде ұлғая отырып параметрлері Т₂, p₂, V₂ болатын 2 күйге өтеді. Сонан кейін жүйе тұрақты көлемде қыза отырып бастапқы Т₁ температураға тең Т₃, келеді, сонымен параметрлері Т₃ , р₃^/ , V₃ . ( Т₃ = Т₁ V₃ = V₂ ) болатын соңғы күйге ие болады.

Әрі қарай тәжірибе теориясы ММФ 12 зертханалық жұмыстағыдай қарастырылады ( 12.1 суретті қара).

Сонымен адиабата көрсеткіші үшін мына формуланы алдық . (16.1)

Тәжірибе p₂ қысымы атмосфералық қысымға тең болатындай болып жүргізілгендіктен, 1 және 3 күйлердегі қысымдарды p₂ арқылы

өрнектеуге болады

p₁^/=p₂+p₁; p₃^/=p₂+p_{3 ,}(16.2)

мұндағы p₁ және p₃су манометрінің p₂ атмосфералық қысымнан асқын қысым ретінде көрсетулері. (16.2) өрнегін ескеріп:

. (16.3)

Асқын р₁және р₃ қысымдар p₂атмосфералық қысымнан өте аз болғандықтан логарифмдердің айырмасын қысымдардың өздерінің айырмасына пропорционал деп алып, жуықтағанда мынадай болды

. (16.4)

Сонымен газдың тұрақты қысым мен тұрақты көлемдегі жылу сыйымдылықтарының қатынасына тең болатын адиабата көрсеткішін (16.4) формуласымен, яғни Клеман мен Дезорм тәсілімен – газдың адиаба-талық ұлғаю тәсілімен – анықтауға болады.

16.2 Тәжірибе қондырғысы

Тәжірибе қондырғысы ФПТ1-6 (15.1 суретке қараңыз) ауаның тұрақты қысымдағы және тұрақты көлемдегі жылу сыйымдылықтарының C_р/ C_v қатынасын анықтауға арналған және негізгі төрт бөліктен тұратын қондырғы, яғни: жұмыс элементінің блогы 1; құралдар блогы 2; су манометрі 3; тік бағана 4.

Құралдар блогының 2 бет жағында қондырғыны басқару және реттеу органдары орналасқа Сырттай қарағанда блок екі модульге бөлінген:

1) микрокомпрессор мен көрсеткіш лампыны қорек көзіне қосатын тумблері бар СЕТЬ қоректік модулі;

2) микропроцессорды жұмыс элементінің блогына ауа үрлеу үшін және көрсеткіш лампыны қосуға арналған тумблері бар модуль ВОЗДУХ .

Құралдар блогының 2 ішінде микрокомпрессор орналасқан. Бұл блоктың артқы бетінде 220 В кернеу ұяшығы мен электр жүйелері қорғағыштары қойылған..

Жұмыс элементі блогының құрамында шыны баллон 5 бар. Баллонды пневмо тізбекке қосу үшін шығыңқы штуцерлер бар. Құралдар блогының 1 бет жағында ауаны атмосфераға шығаруға арналған пневмотумблер АТМОСФЕРА орналасқан. Су манометрі 3 баллондағы 5 асқын қысымды өлшеуге арналған 3. Манометрдің жоғарғы бөлігінде су ұстағыш бар. Тік бағана 4 жоғарыда аталған блоктар бірігетін құрылғы болып табылады.

16.3 Тәжірибенің орындалу реті

16.3.1 СЕТЬ модуліндегі тумблерді қосу арқылы қондырғы қоректендіру.

16.3.2 ВОЗДУХ модуліндегі тумблерді ВКЛ күйіне қойып, жұмыс элементі блогының шыны баллонына ауа үрлеу (20 СЕКУНДТАН АРТЫҚ ЕМЕС! )

16.3.3 Манометр арқылы жұмыс элементіндегі асқын қысымның өсуін бақылау. Манометрдегі сұйық деңгейлерінің айырмасы (асқын қысым) шамамен 3000 - 3500 Па жеткенде ауа үрлеуді тоқтату.

16.3.4 Бір неше минут күтіп тұрып , қысым тұрақтанғаннан кейін манометрдің көрсетуін жазып алу.

16.3.5 АТМОСФЕРА пневмотумблерін ауаны қоршаған ортаға шығару үшін ауыстырып қосып, жұмыс элементінің баллонындағы қысым атмосфералық қысымға теңелгенше осы күйде қалдыру. Манометр бұл жағдайда нөлді көрсетеді.

16.3.6 Процесс тұрақталғаннан кейін (бір неше минуттан соң ), баллондағы ауа қоршаған ортаның (бөлменің) температурасына дейін жылыған соң, асқын қысымның екінші өлшеуін жүргізу.

16.3.7 Тәжірибені мәнін өзгертпей 5-7 рет, меняя величину .

16.3.8 Өлшеу нәтижелерін 16.1 кестесіне жазу.

16.1 Кесте

№ тәжірибе

Па

16.4 Тәжірибе нәтижелерін өңдеу

16.4.1 Ауа үшін (16.4) формуласынан қатынасын есептеп шығару.

16.4.2 Аз өлшемдер тәсілі бойынша (Р=0,95) үшін өлшеулердің абсолют және салыстырмалы қателіктерін бағалау.

16.4.3 Есептеулер нәтижелерін 16.1 кестесіне жазу.

16.4.4 Алынған нәтижені идеал газдың жылу сыйымдылығының классикалық теориясы бойынша алынған мәнімен салыстыру керек. Осы тәсілдегі болған қателіктердің шығу көздерін бағалау.

16.4.5 Алынған мәліметтерді талдау және Клеман мен Дезорм тәсілінің дәлдігі тураллы қорытындыны тұжырымдау.

16.5 Бақылау сұрақтары

16.5.1 Адиабата көрсеткіші деген не ?

16.5.2 Осы жұмыста қолданылған Клеман мен Дезорм тәсілінің мәні неде ?

16.5.3 Ауаны қоршаған ортаға шығару үшін пневмотумблерді қосқанда қандай процесс орындалады ?

16.5.4 Ааиабаталық процестің орындалатын теңдеуі ?

16.5.5 Газ адиабаталық ұлғайған кезде неге ішкі энергия мен температура төмендейтінін түсіндіріңіз ?

16.5.6 Бұл жұмыстың қай кезеңінде баллондағы ауаның изохоралық

қыздырылуы орын алады ?

16.5.7 Изохоралық процестің орындалу теңдеуі ?

16.5.8 Изотермдік процесс деген не және оның теңдеуі ?

16.5.9 Бұл жұмыста манометрдің көмегімен не өлшенеді ?

8 ММФ – 17 зертханалық жұмыс. Бірінші ретті фазалық ауысуларды оқып үйрену

Жұмыстың мақсаты: Фазалық ауысудың меншікті жылуын анықтау тәсілі мен бірінші реттік фазалық ауысулар кезінде энтропияның өзгерісін есептеу тәсілін игеру

Тапсырмалар:

- Зерттелетін үлгінің қызу мен балқу, суу мен қатаю диаграммасын алу;

- үлгі материалының балқу температурасы мен меншікті балқу жылуын анықтау ;

- үлгіні қыздырғанда және балқытқандағы энтропияның өзгерісін есептеп шығару.

17.1 Тәжірибе әдістемесі

Фазалық түрлену (немесе ауысу) деген дененің қасиеті секірмелі түрде өзгеретін процесс. Бірінші реттік фазалық түрлену нәтижесінде дененің тығыздығы, ішкі энергиясы энтропиясы секірмелі өзгереді. Осы кезде фазалық ауысу жылуы деп аталатын энергия бөлінеді немесе жұтылады. Фазалық ауысулардың мысалына заттардың агрегаттық күйлерінің өзгерісі, яғни балқу – қатты (кристалдық) күйден сұйық күйге, және кері ауысу – қатаю (кристалдану) жатады. Берілген қысымда фазалық түрлену белгілі бір температуруда өтеді.

Балқу температурасы мен меншікті балқу жылуын анықтаудың мүмкін тәсілдерінің бірі - балқудың (немесе қатаюдың) тәжірибелік диаграммасын, яғни балқитын үлгінің сыртқы жағдайлар өзгермеген кездегі температурасының уақытқа байланысты сызбасын алу. Міне, осы мақсатта зерттелетін зат салынған тостаған (тигель) пеш ішіне қойылып, оны қыздыра отырып, белгілі бір уақыт аралықтарында тигель ішіндегі заттың температурасы өлшеніп отырады.

Кристалл заттың қыздырылуы мен балқуының диаграммасының мысалы 14.1 суретте ( зертханалық жұмыс ММФ 14 ) көрсетілген. Бұл диаграммадағы ab аралығы үлгінің балқу температурасына дейінгі қыздырылуын, ал bc аралығы сәйкес балқуды сипаттайды.

Әрі қарай тәжірибе теориясы ММФ 14 зертханалық жұмысқа ұқсас қарастырылады (14.1 суретті қара ).

17.2 Тәжірибелік қондырғы

Зертханалық қондырғының схемасы 17.1 суретте көрсетілген. Қондырғы сымы қалайымен, дәлірек айтқанда қалайы мен қорғасынның коспасымен толтырылған цилиндр пішінді алунд тигельге оралған электр қыздырғыштан (пештен) тұрады.

Зерттелетін затпен тікелей тиісіп тұратын термометр ретінде цифрлық мультиметрмен бірге термопара қолданылады. Термопара әр текті екі өткізгіштен дайындалады. Олардың бір ұштарын пісіріп қосып зерттелетін затқа ыстық түйінімен тікелей жанасады. Пайда болатын термоЭҚК-і "ыстық" түйін Т температурасы мен термопараның бос ұштары

("суық" түйіні) температуралары айырмасына пропорционал болады. Ол милливольтметрдің көмегіме өлшенеді (17.2 суретке қараңыз). Бұл құрылғыда "суық" түйін міндетін бөлме температурасындағы термопара өткізгішінің өлшегіш құралдың ( цифрлық мультиметр) қысқыштарымен тиіскен жері атқарады. Құрылғыдағы биметалл пластинадан жасалған құрал арқылы термо ЭҚК-інің шамасын термопараның қалайыға батырылған "ыстық" түйіннің температурасына түрлендіріп, бөлме температурасын ескере отырып дисплейде қалайының Цельсий градусымен алынған температурасы жазылады.

17.3 Тәжірибенің орындалу реті

Цифрлық мультиметрдің көмегімен үлгінің бастапқы (бөлме ) температурасын өлшеу.

17.3.1 Пеш пен секундомерді бір мезгілде іске қосу. Бірдей уақыт аралықтарында, алғашында әр бір минут сайын, ал температура 180⁰қа жеткеннен кейін әр жарты минутта термометрдің көрсетуін жазып отыру.

17.3.2 Қалайы балқыған соң, қоспаның температурасы 220⁰ қа жеткеннен кейін пешті өшіріп, ал температураны үлгі кристалданып одан әрі суығанға дейін өлшей беру.

17.3.3 Алынған мәліметтерді 17.1 кестеге жазу

17.1 Кесте

, мин.	0	1	2
t ,⁰
T, К

17.4 Алынған нәтижелерді өңдеу

17.4.1 Алынған мәліметтер бойынша сызба сызу, мұнда вертикаль оське Т температура, ал горизонталь оське уақыт салынуы керек;

17.4.2 Сызбадан Т_б температурасын, балқудың D уақытын және балқу мәніне жақын нүктелердегі қыздырылу жылдамдығын анықтау. Ол үшін балқу мәніне жақын аймақтан түзу сызықты өсетін бөлікті бөліп алып, осы диаграмма бойынша оның D температура өсімшесін және оған сәйкес D уақыт аралығын анықтау, үлгінің » қызу жылдамдығын есептеу.Үлгі салынған тигельге берілген жылу қуатын есептеу (14.1).