ФИТР БНТУ – Портал Студентов

Отчёт по лабораторной работе №123

«Механика и термодинамика звука в газовой среде»

Цель работы:

1. Изучить механику и термодинамику звука в газе.
2. Определить методом стоячей волны скорость звука в воздухе.
3. Определить показатель политропы и по его значению определить

характер термодинамического процесса в газе при воздействии на него звуковой волны.

Приборы  и принадлежности:

• Осциллограф.
• Звуковой генератор.
• Измерительный стенд.

Физическая модель:

1. Газовая среда рассматривается как неподвижная, сплошная и изотропная в виде идеального газа или смеси идеальных газов (в частности воздух);
2. Установленные для идеальных газов законы принимаются в качестве основных;
3. Принимается, что переменные составляющие при распространении волны испытывают во всех точках газовой среды гармонические колебательные изменения с амплитудами и .
4. Рассматриваются только такие волны, которые весьма слабо возмущают газовую среду и весьма мало изменяют ее исходное состояние, так что .
5. Считается, что термодинамические исследования достаточно выполнить применительно к локальной области газа, малой по сравнению с длиной волны, масса такой области газа рассматривается как выделенная для расчетов постоянная величина (m=const); принимается, что объемы и относятся к этой массе
6. В качестве газовой среды в экспериментальной установке принимается столб воздуха в стеклянной трубе, закрытой с одной стороны перемещаемым поршнем;
7. Считается, что по воздушному столбу в стеклянной трубе распространяется плоская гармоническая волна, генерирование которой обеспечивается гармоническими колебаниями мембраны, установленной у открытого конца трубы;
8. Считается, что бегущая к поршню и отраженная от него в обратном направлении волны действуют на столб воздуха в стеклянной трубе совместно в полном соответствии с принципом суперпозиции;

Математическая модель:

• Длина волны:

;

• Связь давления и скорости звука:

• Скорость звука в окончательном виде:

• Показатель политропы:

• Относительная и абсолютная погрешность величин l, U, n

; ,   ; ,

  ; .                         Рис.2  Возбуждение волны толчком поршня

Выполнение работы:

1. Измерения

2. Расчёт длины волны:

1. Математические расчёты:

  Константы и их погрешности, необходимые для вычислений

Полная абсолютная погрешность равна:

Определение скорости звука и показателя политропы:

Относительная и абсолютная погрешность величин l, U, n:

м/с

Выводы: Большой показатель относительной погрешности обуславливается тем, что газовая среда рассматривается как смесь идеальных газов и для неё принимаются законы такие же как и для идеальных газов, в реальности это не так.