Изотермическим называется процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре

Согласно закону Бойля-Мариотта произведение давления газа данной массы на его объём постоянно если температура не изменяется.

PV=const (1)

Или

P1 V1 = P2 V2 (2)

где V1 и V2 – объёмы занимаемые данной массой газа до и после сжатия, соответственно, а P1 и P2 - его давления.

Объектом изучения в данной работе является воздух, находящийся внутри прозрачной трубки. В исходном состоянии он имеет следующие параметры: давление равно атмосферному, объём равен объёму внутренней полости трубки, температура соответствует температуре воздуха в помещении.

Второе состояние получают путём сжатия, для этого кран на одном конце закрывают, а второй кран остаётся открытым. Конец трубки с открытым концом погружают в мерный цилиндр, который предварительно заполняют на 1/3 высоты водой комнатной температуры. Кран опускают до дна цилиндра. Через открытый кран в трубку поступает вода и сжимает воздух до тех пор, пока его давление не сравняется с внешним давлением, затем кран закрывают. Таким образом во втором состоянии параметры воздуха окажутся слледующими: объём воздуха равен объёму внутренней полости, за вычетом воды, вошедшей в трубку, а давление возрастает по сравнению с атмосферным на величину гидростатического давления столба воды в цилиндрею

Объём внутренней полости определяется произведением площади поперечного сечения трубки на её длину. Поскольку поперечное сечение трубки не изменяется, объём воздуха удобнее измерять в условных единицах. За условную единицу принимают единицу длины трубки.

Итак в исходном состоянии давление определяется по показаниям барометра-анероида, а объём измерительной лентой по длине полости.

Для измерения давления во втором состоянии измеряют разность между длиной столба воды в мерном цилиндре (H) и длиной воды в трубке (I). По формуле для расчёта гидростатического давления жидкости вычисляют давление столба воды (Рв):

Рв= рgh, (3)

где р -плотность воды (кг/м );

G-ускорение свободного падения ;

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

2. Откройте оба крана в прозрачной трубке

3. Измерьтре длину воздушного столба в трубке (L1). L1=1985 мм

4. По барометру определите давление P1 , учитывая, что 1 мм. Рт. Ст.=133,33 Па.

5. Закройте один кран, а конец с открытым краном погрузите в мерный цилиндр с водой; высота уровня налитой воды 40-45 мм.

6. Погрузите руку в воду, после того как столб воды в трубке установится закройте кран и не вынимая руку из воды, определите высоту Н уровня воды в мерном цилиндре.

7. Выньте трубку и измерьте длину столба воды, вошедшей в трубку . Измерять от нижнего конца крана.

8. Измерьте длину от верхнего конца крана .

9. Вычислите разность между длиной столба воды в мерном цилиндре и трубке:

H=H-l

10. Вычислите длину воздушного столба в трубке после сжатия по формуле (5).

11. Определите гидростатическое давление воды по формуле (3).

12. Вычислите давление воздуха в трубке после сжатия по формуле (4).

13. Проверьте закон Бойля-Мариотта (1) м проведите опыт для проверки ещё два раза.

14. Сделайте выводы по результатам работы.

15. Долейте в мерный цилиндр воды до уровня 80-85 мм и проделайте п. 1-

 

Контрольные вопросы.

 

1. Укажите причиныц повлиявшие на точность результатов.

2. Почему процесс сжатия воздуха в данной работе можно считать изотермическим.

 

 

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Примечание: Во всех работах данного цикла в качестве приборов применяется лабораторный комплекс ЛЭС-5М.

Лабораторная работа 21

Резонанс напряжений

 

Цель работы: Изучение явления резонанса напряжений.

 

Резонансные явления широко применяются в радиотехнике и электронике для выделения и усиления сигналов.

Резонанс напряжений возникает в цепи (контуре) последовательно соединенных , и , если индуктивное и емкостное сопротивление равны ( или ). Добиться этого равенства можно изменением одной из трех величин , или при постоянстве двух других.

В данной работе резонанса добиваются изменением емкости батареи конденсаторов при постоянных индуктивности (N = 2400 витков) и частоте = 50 Гц.

По закону Ома:

.

 

Если , то

При неизменном значении активного сопротивления и неизменном входном напряжении ток при резонансе достигает максимальной величины:

Напряжение на катушке индуктивности равно , а на емкости - . Если , то величиной можно пренебречь и .

При возникновении резонанса и . Если , то и .

Напряжения на реактивных сопротивлениях могут быть значительно больше входного напряжения, т.е. наблюдается выигрыш в напряжении. Такое соотношение часто имеет место в радиотехнических колебательных контурах.

, где называется добротностью контура.

 

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Собрать электрическую цепь и предъявить для проверки.

 

R2

 
 


mA

 


 
 


оRk

~ 42 B, f=50 Гц L, xL

о

С, хС V

 

2. Изменяя емкость батареи конденсаторов, настроить цепь в резонанс напряжений. Измерить все напряжения и ток. Результаты записать в таблицу.

3. Увеличить емкость по сравнению с резонансной, измерить все напряжения и ток. Результаты записать в таблицу.

4. Уменьшить емкость по сравнению с резонансной, измерить все напряжения и ток. Результаты записать в таблицу.

5. Вычислить емкостное и индуктивное сопротивление по формулам ; . Результаты записать в таблицу.

6. По полученным результатам построить график .

7. Сделать вывод о проделанной работе.

 

Лабораторная работа 22

Резонанс токов

 

Цель работы: Исследование явления резонанса токов

Резонансом токов называют режим работы разветвленной электрической цепи, содержащей ветви с индуктивностью и емкостью, при котором ток в неразветвленной цепи ( ) совпадает по фазе с напряжением источника и достигает минимального значения.

 

Условием для получения режима резонанса токов является равенство индуктивного и емкостного сопротивлений:

 

 

, где - частота.

Следовательно, резонанс токов может быть получен изменением одной из трех величин , и при постоянстве двух других.

В данной работе резонанса добиваются изменением емкости батареи конденсаторов при постоянной индуктивности ( = 0,5 Гн, N = 2400 витков) и частоте = 50 Гц.

По 1-ому закону Кирхгофа в векторной форме

(1)

Ток отстает от входного напряжения на угол , а ток опережает входное напряжение на угол 90°. Построим (рис.2) векторную диаграмму токов согласно уравнению (1).

 

 

Если пренебречь сопротивлением при выполнении условия резонанса , получим:

Ток будет совпадать по фазе с напряжением источника, а величина его будет минимальной (см. рис.3).

содержание РАБОТЫ

1. Собрать электрическую цепь (рис. 4) и предъявить для проверки преподавателю.

2. Включить цепь. Изменяя емкость батареи конденсаторов, настроить цепь в резонанс токов (ток минимален). Измерить все токи. Результаты записать в таблицу.

3. Уменьшая емкость (2-3 раза) по сравнению с резонансной, измерить все токи. Результаты записать в таблицу.

4. з Увеличивая емкость (2-3 раза) по сравнению с резонансной, измерить все токи. Результаты записать в таблицу..

5. Вычислить емкостное, индуктивное и общее сопротивления.

6. По полученным результатам построить график .

7. Сделать вывод о проделанной работе.

 

ТАБЛИЦА

 

ИЗМЕРИТЬ ВЫЧИСЛИТЬ
№№ U C I Ik IC Zоб XL XC  
                 
                 
                 
                 
                 
                 
                 
                     

 

Лабораторная работа №7

Катушка индуктивности

Цель работы: Измерить параметры катушки индуктивности (активное сопротивление R и индуктивность L)

Оборудование: Модульный учебный комплекс МУК-ЭТ1.

 

Порядок выполнения

1. Собрать схему, используя катушку, которая размещена на стэнде.


A

 

o +

U1 V L1, Rk1, N1

o -

 
 

 


 

2. Измерить зависимость тока от напряжения, измеряя напряжения U1 в диапазоне 0…15 в (напряжение постоянное). Используя результаты измерений, определить активное сопротивление Rk.

(Rk = U/I) .Результаты записать в таблицу № 1.

 

ТАБЛИЦА №1

 

ИЗМЕРИТЬ ВЫЧИСЛИТЬ
№№ U1 I Rk
     
     
     

 

3. Вместо напряжения U1 подать переменное напряжение15 В,частотой f=50 Гц. Используя результаты измерений, определить индуктивность L. Результаты записать в таблицу № 2.

;

 

ТАБЛИЦА № 2

 

ИЗМЕРИТЬ ВЫЧИСЛИТЬ
№№ U I Zk XL L
         
         
         
             

 

Вопросы для проверки:

 

1. Что называют индуктивностью?

2. Пояснить сущность физических процессов протекающих в катушке.

3. Поясните содержание работы, обоснуёте дествия, которые предстоит делать в работе.

Лабораторная работа №24

Законы Кирхгофа

Цель работы: Экспериментальная проверка 1,2 –го. Законов Кирхгофа.

Оборудование: Модульный учебный комплекс ЛЭС-5.

Краткая теория

Токи и напряжения любой цепи полностью определяется первым и вторым законами Кирхгофа.

1-ый закон Кирхгофа применяется к узлам электрических цепей и записывается, как:

, что означает, что:

«Алгебраическая сумма токов в любом узле равна нулю»

или

«Сумма токов, приходящих к узловой точке, равна сумме токов, уходящих от нее».

2-ой закон Кирхгофа применяется к контурам электрических цепей и записывается, как:

, что означает, что:

«Алгебраическая сумма ЭДС в замкнутом контуре равна алгебраической сумме падений напряжений на сопротивлениях».

Раскрытие алгебраических сумм ЭДС и падений напряжений следует производить в соответствии с правилами знаков:

1. Произвольно выбирается направление обхода по контуру.

2. Если направление ЭДС совпадает с условно выбранным направлением обхода по контуру, то ЭДС берут со знаком «плюс», а, если нет, то со знаком «минус».

3. Если направление тока на участке цепи совпадает с выбранным направлением обхода по контуру, то падение напряжений на этом участке берут со знаком «плюс», а, если нет, то со знаком «минус».

 

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать электрическую цепь и предъявить для проверки.

 

 

2. Выключатели Вк1 и Вк2 разомкнуты. Измерить ЭДС источников Е1, Е2 и Е3.

3. Замкнуть выключатели Вк1 и Вк2. Измерить падения напряжения на источниках Uи1, Uи2, Uи3., на резисторах UR2, UR3, UR5, а также токи I1, I2, I3. Результаты записать в таблицу.

ТАБЛИЦА

ИЗМЕРИТЬ ВЫЧИСЛИТЬ
E1 E2 E3 Uи1 Uи2 Uи3 UR2 UR3 UR5 I1 I2 I3 r01 r02 r03
                             
                               

 

4. Вычислить внутреннее сопротивление источников

Un = E – Ir0 Þ r0 = (E - Un) / I

5. Проверить 1-ый закон Кирхгофа.

6. Проверить 2-ой закон Кирхгофа для всех контуров ABCDA, ADEFA, AВCDEFA.

7. Сделать вывод о проделанной работе.

Лабораторная работа 25