Домашній експеримент по визначенню відношення теплоємностей CP/CV для повітря
Вантажиться...
Дата
2024
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Формулювання проблеми. Важливе значення для майбутніх інженерів має уміння проводити експериментальні дослідження та опрацьовувати їх результати. В умовах дистанційного навчання перед викладачами постає проблема розробки завдань для експериментальних досліджень, які студенти можуть проводити вдома, використовуючи доступне обладнання. Одним з таких досліджень може бути визначення показника степеня адіабати газу за результатами вимірювання швидкості звуку.
Матеріали та методи. Для досягнення поставленої мети дослідження використано аналіз навчальної програми курсу «Загальна фізика для бакалаврів інженерних спеціальностей», огляд методичних вказівок до виконання лабораторних робіт з розділу «Коливання і хвилі» курсу фізики технічних ЗВО, огляд літератури за темою дослідження. Підготовлене обладнання та програмне забезпечення дозволили провести апробацію методики визначення показника степеня адіабати повітря за знайденою в експерименті швидкістю звуку. Результати. Швидкість звуку обчислювалася з використанням значень резонансної частоти для відкритих з обох кінців трубок різної довжини, а також корпусу кулькової ручки, циліндричної посудини (чайної кружки) та пляшки, яку можна вважати резонаторами Гельмгольца. Як виявилося, для надійної фіксації резонансної частоти у відкритих з обох кінців трубках в якості джерела звуку доцільно використовувати створений нами генератор імпульсно модульованої звуково частоти (ІМЗГ), а для збудження звуку в пляшці можна використовувати як ІМЗГ, так і технологію подібну до гри на флейті. Висновки. В експериментах, проведених з різними об’єктами в якості резонаторів (пляшка, трубки різної довжини, кружка), було одержано значення швидкості звуку у повітрі в межах від 334 м/с до 352 м/с і відповідну величину показника степеня адіабати 1,33 1,45, що можна вважати достатньо хорошою оцінкою для повітря. Це дозволяє рекомендувати розглянуту методику визначення для застосування як у домашньому так і в аудиторному експерименті.
Formulation of the problem. Future engineers need to be able to conduct experimental research and process their results. In the conditions of distance learning, teachers face the problem of developing tasks for experimental research that students can perform at home using available equipment. One such research task can be determining the adiabatic index of a gas based on the results of measuring the speed of sound.Materials and Methods. To achieve the research objective, we used the analysis of the curriculum of the course "General Physics for Bachelors of Engineering", a review of the methodological instructions for performing laboratory work in the section "Oscillations and Waves" of the physics course of technical universities, and a review of the literature on the research topic. The prepared equipment and software made it possible to test the methodology for determining the air adiabaticity index by the sound speed found in the experiment. Results. The speed of sound was calculated using the resonant frequency values for tubes of different lengths, as well as the body of a ballpoint pen, a cylindrical vessel (tea mug), and a bottle, which can be considered Helmholtz resonators to some extent. As it turned out, for reliable fixation of the resonant frequency in the tubes open at both ends, it is advisable to use the pulse-modulated sound frequency generator (PMSG) created by us as a sound source. For exciting sound in a bottle, both the PMSG and a technique similar to playing the flute can be used. Conclusions. Home experiments conducted with various objects used as resonators (a bottle, tubes of different lengths, a cup) allowed us to obtain values of the speed of sound in air ranging from 334 m/s to 352 m/s and a corresponding adiabatic index of 1.33 ≤ γ ≤ 1.45. This can be considered a sufficiently good estimate for air when conducting home experiments.
Formulation of the problem. Future engineers need to be able to conduct experimental research and process their results. In the conditions of distance learning, teachers face the problem of developing tasks for experimental research that students can perform at home using available equipment. One such research task can be determining the adiabatic index of a gas based on the results of measuring the speed of sound.Materials and Methods. To achieve the research objective, we used the analysis of the curriculum of the course "General Physics for Bachelors of Engineering", a review of the methodological instructions for performing laboratory work in the section "Oscillations and Waves" of the physics course of technical universities, and a review of the literature on the research topic. The prepared equipment and software made it possible to test the methodology for determining the air adiabaticity index by the sound speed found in the experiment. Results. The speed of sound was calculated using the resonant frequency values for tubes of different lengths, as well as the body of a ballpoint pen, a cylindrical vessel (tea mug), and a bottle, which can be considered Helmholtz resonators to some extent. As it turned out, for reliable fixation of the resonant frequency in the tubes open at both ends, it is advisable to use the pulse-modulated sound frequency generator (PMSG) created by us as a sound source. For exciting sound in a bottle, both the PMSG and a technique similar to playing the flute can be used. Conclusions. Home experiments conducted with various objects used as resonators (a bottle, tubes of different lengths, a cup) allowed us to obtain values of the speed of sound in air ranging from 334 m/s to 352 m/s and a corresponding adiabatic index of 1.33 ≤ γ ≤ 1.45. This can be considered a sufficiently good estimate for air when conducting home experiments.
Опис
Ключові слова
домашній експеримент, швидкість звуку, відношення теплоємностей CP/CV., home experiment, speed of sound, specific heats ratio CP/CV.
Бібліографічний опис
Подласов С. Домашній експеримент по визначенню відношення теплоємностей CP/CV для повітря [Текст] / С. Подласов, А. Снарський // Фізико-математична освіта : науковий журнал / Міністерство освіти і науки України, Сумський державний педагогічний університет імені А. С. Макаренка, Фізико-математичний факультет ; [редкол.: М. П. Вовк, М. Гр. Воскоглу, М.Г. Друшляк та ін.]. – Суми : [СумДПУ імені А. С. Макаренка], 2024. – Вип. 4 (39). – С. 28–32. – DOI: 10.31110/fmo2024.v39i4-04