L-micro (лабораторные работы и демонстрации)
 Скачать 0.72 Mb.
|
Вращение жидкостиЭтот опыт лучше проводить, сопоставляя поведение вращающейся жидкости с поведением шара нити или груза на подвесе, вращающихся вместе с рамой и отклоняющихся от вертикали тем больше, чем дальше от оси вращения они находятся. Это демонстрирует универсальность законов физики и помогает учащимся понять, что искривление поверхности жидкости вызвано теми же причинами, что и отклонение маятника. Цель опыта: Иллюстрация закономерностей вращательного движения на примере вращающегося сосуда с жидкостью. Оборудование:
Подготовка установки Установите на демонстрационный стол основание и зажмите в нем узел привода с рамой и датчиком частоты вращения. Подключите кабель питания электродвигателя к блоку управления, а шнур питания блока управления – в сеть 220 В 50 Гц. Соедините выходной разъем датчика частоты вращения с разъемом 1 демонстрационного секундомера или компьютерного измерительного блока с помощью измерительного кабеля. Проверьте, чтобы в зоне вращения рамы не осталось никаких посторонних предметов.  Установите кювету на нижнем (рис. 6-1) или верхнем профиле рамы. Кювета может быть установлена симметрично относительно оси вращения или сдвинута таким образом, чтобы ось вращения проходила через боковую стенку. На одной из стенок кюветы имеется изображение параболы. Кривую именно этого вида образует поверхность вращающейся жидкости, если рассечь (или ограничить) ее плоскостью, проходящей через ось вращения. Парабола нанесена для случая симметричного расположения кюветы, поэтому такое расположение кюветы рекомендуется в качестве основного при проведении данного опыта. Выполнение опыта Включите электронный секундомер и установите на нем режим измерения частоты. Если для измерений используется компьютер, то подключите к нему компьютерный измерительный блок, запустите программу, и выберите в разделе «Датчики» пункт меню «Датчик частоты вращения», в котором, в свою очередь, войдите в сценарий «Вращение с постоянной или медленно изменяющейся скоростью». При выполнении измерений следуйте инструкциям к применяемому прибору. Наполните кювету подкрашенной водой. В качестве жидкости для наполнения удобно использовать ярко окрашенную газированную воду. Для того, чтобы профиль поверхности полностью совпал с параболой на стенке кюветы, в нее необходимо налить 150 мл жидкости. Убедитесь, что ручка плавной регулировки частоты вращения находится в крайнем левом положении (минимальная скорость). Включите блок управления, нажмите кнопку запуска вращения и плавно повышайте угловую скорость, наблюдая за изменением распределения жидкости по объему кюветы и формой ее поверхности. Изотермический процесс При изучении закона Бойля-Мариотта следует обратить внимание учащихся на то, что изотермический процесс осуществляется при медленном изменении объема замкнутого резервуара и, соответственно, давления газа в нем. В этом случае температура газа в исследуемом объеме остается постоянной и равной температуре среды, в которой он находится. Кроме того, следует подчеркнуть, что этот закон установлен для постоянной массы газа с неизменным химическим составом. Оборудование:
 Описание установки Установка для демонстрации изотермического процесса (рис. 1) представляет собой герметичный резервуар 1 (полупрозрачный цилиндр из пластика), составляющий единую конструкцию с датчиком изменения объема 3. Объем резервуара изменяется при движении внутри него поршня 2, осуществляемого вручную за счет вращения винта 4. С поршнем жестко связана подвижная часть датчика изменения объема, и таким образом, положение поршня в цилиндре контролируется. Давление газа измеряется датчиком абсолютного давления 5, который присоединяется к цилиндру с помощью вакуумного шланга 6. Конструкция установки ограничивает ход поршня с обеих сторон (объем резервуара меняется в пределах 30–110 мл), что не позволяет создать в системе давление, превышающее допустимый уровень для датчика давления. Стенки резервуара обладают достаточной теплопроводностью, чтобы обеспечить равенство температуры газа температуре внешней среды при условии медленного равномерного вращения подающего поршень винта. Калибровка датчика объема учитывает объем шланга, соединяющего резервуар с датчиком давления. Именно поэтому показания датчика (на экране компьютера) примерно на 10 мл выше величины объема, измеренной по шкале на стенке резервуара. Конструкция привода допускает определенный люфт в точке крепления винта к поршню, который проявляется (ощущается при вращении винта рукой) при переходе газа из сжатого состояния (давление больше атмосферного, и поршень давит на винт привода) в разреженное состояние (давление меньше атмосферного, и винт тянет за собой поршень). В силу того, что чувствительный элемент датчика объема закреплен непосредственно на поршне, наличие люфта не оказывает никакого влияния на точность измерений. Подготовка к эксперименту
Проведение измерений
Следует отметить, что если в данном опыте имеет место отклонение температуры от комнатной (т.е. нарушение условия постоянства температуры), то это можно увидеть следующим образом. Проведите процесс циклически (регистрация данных осуществляется в координатах (V, P)), т.е. после расширения снова сожмите газ до первоначальных параметров. Если график, записываемый при сжатии, накладывается на график, полученный при расширении, то температура газа практически совпадает с первоначальной. При получении на экране контура (кривая сжатия идет выше линии, отвечающей расширению газа) можно сделать вывод о том, что температура газа не успевает выравниваться с температурой окружающей среды, и перемещать поршень необходимо медленнее. Обработка данных
|