0

گروه فیزیک دانشگاه نیشابور

دستور کار آزمایشگاه

3فیزیک عمومی

تهیه و تنظیم:

ترابی

کارشناس آزمایشگاه فیزیک

1395شهریورماه

1

فهرست مطالب

.............................شماره صفحهعنوان .....................................................................................................

2........................................................................................گرمای ویژه جامدات...............: 1آزمایش

5........................................................................گرمای ویژه مایعات به روش سرد کردن.:2آزمایش

9....................................................................................................انبساط طولی جامدات: 3آزمایش

12.........................................................................................انبساط حجمی مایعات.........: 4آزمایش

15 ...................................................................................................گرمای نهان ذوب یخ: 5آزمایش

18....................................................................................................معادل مکانیکی گرما: 6آزمایش

21................................................................................................................انبساط گازها: 7آزمایش

24........................................................................................سرعت صوت در هوا.تعیین : 8آزمایش

27...........................................................................................................لوله های صوتی.: 9آزمایش

2

:1آزمایش

رمای ویژه جامداتگ

3

ای ویژه جامدات.تعیین گرم هدف آزمایش:

بشر -ترازو -ترهی -فلز مس -دماسنج -کالری متر یاز:نوسایل مورد

تئوری آزمایش:

است. امر این دلیل دو آن بین دمای اختالف که است دیگر سیستم به سیستم یك از یافته انتقال انرژی گرما

تغییر کند، بنا به تعریف نسبت dtمبادله شده است. هرگاه دمای جسم به اندازه dQفرض کنیم بین یك جسم و محیط خارج مقدار گرمای

dtdQC /نامند.را ظرفیت گرمائی جسم می

شود:ویژه جسم چنین تعریف میظرفیت گرمائی cجرم جسم است. mمعموالً متناسب با dQچون گرمای مبادله شده

(1 )mdtdQc /

تعریف فیزیکی ظرفیت گرمایی ویژه:

نامیم.گرمای ویژه آن جسم می ماده را واحد جرم دمای افزایش درجه یك برای الزم گرمای مقدار

توان محاسبه نمود:به طریق زیر می2Tو 1Tی دمایی دله شده توسط جسم با محیط را در فاصلهمقدار گرمای کلی مبا

(2 )2

1

.T

TdTcmQ

بیان شود تا انتگرال فوق قابل محاسبه باشد. هرگاه در فاصله معین Tبه صورت تابعی از cین باید کند، بنابراگرمای ویژه اجسام با دما تغییر می

:آید( به صورت زیر در می2را ثابت فرض نمود. رابطه ) cبتوان

(3 ))( 12 TTmcQ

یعنی رسندمیی باشند پس از مدتی به تعادل گرمای د جسم با دماهای مختلف در یك محفظه عایق بندی شده با هم در تماسهرگاه دو یا چن

به عنوان مثال اگر دو جسم با دماهای متفاوت را با هم تماس دهیم. گرما از جسمی که دمایش باالتر است به جسمی که . شوندمی هم دما

.گویندمیشوند. این دما را دمای تعادل هم دماتا اینکه دو جسم یابدمیاست انتقال ترپاییندمایش

تا هردو به گیردمی ترپایینبرابر گرمائی است که جسم با دمای دهدمیبا توجه به قانون بقای انرژی، گرمایی که جسم با دمای باالتر از دست

دمای تعادل برسند.

ل گرما نداشته باشد، داریم:با فرض اینکه سیستم با محیط بیرون تباد

(4 )0)()()(00 111321 TTATTMcTTmcQQQQ ttt

بنابراین ظرفیت گرمایی ویژه مس طبق رابطه زیر به دست خواهدآمد:

(5 ) )(

))((

1

1

TTm

TTAMc

t

t

1Tدمای اولیه مس، 1Tجرم آب داخل کالری متر، Mجرم مس، mدر رابطه باال ،دمای اولیه آب و کالری مترtT دمای تعادل سیستم و

A زش آبی کالری متر است.ار

آزمایش: انجامراحل م

سپس آن ها رابه وسیله نخ به پایه متصل کنید.را اندازه بگیرید و به همراه دماسنج داخل بشری از آب قرار دهید جرم مس -1

.د نو مخزن دماسنج کامالً داخل آب قرار گیر مورد نظر جسمدقت کنید مقدار آب داخل بشر به مقداری باشد که -

4

ا را به پس هیتر را روشن کرده و صبر کنید تا آب به جوش بیاید و بعد از تعادل حرارتی ایجاد شده، دما روی هیتر قرار داده، سبشر ر -2

.کمك دماسنج یادداشت کنید

با متر ریخته و مجددا وزن آن را به دست بیاورید، را انتخاب کنید و آن را توزین کنید، سپس مقداری آب داخل کالری متر کالری -3

را تعیین و یادداشت کنید. متر تفاضل این دو مقدار وزن آب موجود در کالری

متر و آب داخل آن را اندازه گرفته و یادداشت کنید. دمای اولیه کالری -4

متر پس از تعیین دمای اولیه مس، جسم آویزان را به کمك نخ سریعاً از داخل آب خارج کرده و داخل کالری متر قرار داده و در کالری -5

را ببندید.

دهد، این مقدار افت دما را که حدود دو الی سه درجه است چون در این فاصله زمانی جسم مورد نظر کمی حرارت از دست می -

در نظر بگیرید.

دقت کنید زمان وارد کردن جسم به داخل کالری متر آب به بیرون ظرف نریزد. -

ات آن به دمای تعادل برسند، سپس این دما را یادداشت کنید. مدتی صبرکنید تا جسم موردنظر، کالری متر و متعلق -6

ظرفیت گرمایی ویژه مس را اندازه بگیرید. (4به کمك رابطه ) -7

درصد خطای نسبی را محاسبه کنید. -8

(1شکل)

5

:2آزمایش

مایعات به روش ویژهگرمای

سرد کردن

6

هدف آزمایش :

معلوم است . اشویژهالکل به روش سرد کردن با استفاده از قانون اتالف حرارتی نیوتن و با مقایسه با مایعی که گرمای ویژهتعیین گرمای

وسایل آزمایش :

مایع مورد آزمایش ) الکل ( – رهیت – و پایهگیره –دو دماسنج –بشر -آزمایش مشابه لولهدو

تئوری آزمایش :

هر گاه دمای جسمی از دمای اجسام اطراف خود بیشتر باشد ، جسم از طریق هدایت ، جابجایی و تابش به محیط قانون اتالف حرارتی نیوتن :

در واحد زمان ، طبق این قانون ، مستقیماً با تا به دمای تعادل برسد . گرمای منتقل شده شودمیو به تدریج سرد کندمیاطراف گرما منتقل

Tاختالف دمای جسم و محیط و سطح تماس جسم و محیط بستگی دارد . اگر S دمای محیط وT Tدمای اولیه جسم باشد ، دمای جسم ) 0

: آیدمیزیر بدست رابطهثانیه از t( بعد از

(1) eTTTTtK

SS

)(

0

در این رابطهmc

bK است که در آنm ، جرم مایع c مایع و ویژهگرمایb دارد و به سطح تماس ثابتی است که ضریب تابش نام

و محیط و دمای محیط بستگی دارد .جسم

مایع با استفاده از قانون نیوتن : ویژهتعیین گرمای

Tمفروضند . هر دو مایع را گرم کرده و به دمای یکسان 2cو 1c ویژهو گرمای 2mو 1m هایجرمدو مایع با و سپس در رسانیممی 0

زیر است : به صورت ثانیه 2tثانیه و مایع دوم بعد از 1t یع اول بعد ازماتغییرات دمای . تا سرد شوند دهیممیهوای محیط قرار مجاورت

(2)

eTTTT

eTTTTt

t

K

SS

K

SS

22

11

)(

)(

02

01

برسند ، داریم : Tبه دمای یکسان دو مایع بعد از این بازه زمانیاگر

(3 )cmtb

cmtb

tKtKeeTTTtt KK

22

22

11

11

221121

2211

را تا هاآنآزمایش مشابه استفاده کنیم و لولهاگر از ابتدای آزمایش سطح تماس هر دو مایع با محیط را عیناً مثل هم قرار دهیم ) مثالً از دو

خواهد بود و داریم : b 1b =2 این صورتپر کنیم ( ، در هامایعانی از حجم یکس

(4) c

mm

tt

c 1

2

1

1

2

2

قرار دهیم تا (4) رابطهرا اندازه بگیریم و در رسندمی T، کافی است مدت زمانی که دو مایع به دمای یکسان 1c با معلوم بودن بدین ترتیب

2c . بدست آید

مراحل انجام آزمایش :

کنید. لوله ها را توزین و، یکی را به الکل ودیگری را به آب اختصاص دهید آزمایش کامالً مشابه بردارید لولهدو -1

و مجددا لوله ها را توزین کنید.ها آب و در دیگری الکل بریزید ارتفاع مساوی در یکی از لولهتا -2

7

ها باید یکی باشد تا سطح تماس دو مایع با محیط یکسان شود . این ارتفاع را حدود نصف ارتفاع لوله انتخاب ارتفاع مایع درون لوله -

.کنید

و سپس وزن کنید. ون لوله ، لوله را درون یك بشر قرار دهیدبرای اندازه گیری جرم مایع در -

با به دست آوردن اختالف جرم لوله های خالی و پر، جرم مایع های مورد نظر را به دست آورید. -3

توسط گیره به پایه محکم کنید و در داخل بشری از آب قرار دهید.مطابق شکل آزمایش را لولهدو -4

داری از مق توانیدمیتماس پیدا نکنند . برای این کار هالولهمستقیماً با هاگیره، سعی کنید برای جلوگیری از شکستن لوله -

.دستمال کاغذی استفاده کنید

تا دو مایع درون آب قرار گیرند .باشد بشر به قدریمیزان آب درون -

(1شکل)

. برای جلوگیری از فرار الکل از چوب پنبه کمك بگیرید.یك دماسنج قرار دهید هالولهدرون هر کدام از -5

آزمایش تماس نداشته باشد . لوله بدنهبا دماسنجسعی کنید -

هنگامی که دمای یکی از . را به هم بزنیدآنوشن کنید تا آب داخل بشر گرم شود و با همزن بشر را روی هیتر قرار داده و آن را ر -6

رسد . ب )دمای تعادل( تا دمای دو لوله به مقدار یکسانکنید و صبر کنید رسید، هیتر را خاموش c40 به هادماسنج

ثانیه دمای هر دو مایع را 30هر سپس لوله ها را از داخل بشر خارج کرده و در محیط قرار دهید، همزمان کرنومتر را به کار بیندازید، -7

بخوانید و در جدول زیر یادداشت کنید.

چنانچه تغییرات دما کم است ، فاصله زمانی خواندن دماسنج را زیادتر اختیار کنید ) مثالً یك دقیقه ( . -

8

.حین سرد شدن بر حسب زمان بر روی یك صفحه مختصات رسم کنیدرا منحنی تغییرات آب و الکل -8

و 1tرسیده است را بدست آورید ) Tها دمای دو مایع به مقدار یکسانی مثل آن ءهایی که به ازاتوانید زمانبا کشیدن خط افقی می -9

2t ).

c ، با استفاده از رابطه 2tو 1tعلوم شدن با م -10mm

tt

c 1

2

1

1

2

2 . گرمای ویژه الکل را بدست آورید

.بدست آورید و متوسط گیری کنید 2cتکرار کنید و سه مقدار برای Tرا برای سه مقدار متفاوت 10و 9مراحل -11

نتیجه نهایی را با محاسبه خطا بیان کنید . -12

... 90 sec 60 sec 30 sec t = 0 sec

دمای آب

دمای الکل

9

: 3ش آزمای

انبساط طولی جامدات

10

هدف آزمایش :

فلزی . میلهتعیین ضریب انبساط طولی

وسایل آزمایش :

هیتر -دماسنج – متریمیلیخط کش – دیالومتر -دستگاه عبور بخار – )دیگ بخار(بخار تهیهدستگاه –فلزی میله

تئوری آزمایش :

افزایش سبب ارتعاشات یابد، این می افزایش جامد جسم بلوری درشبکه ها اتم ارتعاشات امنهد رود، می دمای جسمی باالثر گرما هنگامیکه در ا

.انجامد می جامد جسم طول به افزایش ماکروسکوپیك دیدگاه از امر گردد و جسم منبسط می شود، این می ها اتم بین متوسط فاصله

می نامند. خطی انبساط یك ضخامت( را یا و طول،عرض جامد )مانند جسمی بعد هر تغییرخطی

( بستگی T( و مقدار افزایش دما )0l، به طول اولیة جسم )( ، در اثر گرما lآزمایشات تجربی نشان می دهد که تغییر طول یك جسم )

دارد :

(1 ) Tll

Tl

ll

0

0

به دما نیز بستگی دارد ولی در مقایسه با دقت الزم در اندازه α)ضریبی است که به خصوصیات فیزیکی جسم بستگی دارد αدر این رابطه ،

و ضریب انبساط خطی نامیده می شود . (است گیری ها ، قابل چشم پوشی

رابطة ، مثالً طول ، عرض یا ارتفاع از بعد وقتی جسم جامدی را گرم می کنیم ، در هر سه بعد ، انبساط خطی داریم . تغییر طول هردقت کنید

تعریف کرد :ضریب انبساط سطحی و حجمی نیز به ترتیب زیر بدست می آید . ولی می توان برای جسم جامد ، (1)

(2) TVV

TAA

0

0

3

2

مراحل انجام آزمایش :

کنید.اندازه گیری کرده و یادداشت را توسط خط کش طول اولیه میله -1

یك انتهای میله حدود چند ). لوله را بوسیله بست بر روی پایه محکم کنیدقرار دهید و میله را توسط چوب پنبه در لوله شیشه ای -2

سانتی متر از چوب پنبه بیرون باشد.(

قرار دهید.سپس آنرا روی هیتر لولة بخار را به محفظه ی مربوطه متصل کنید.را تا نیمه آب کنید و داخل دستگاه بخار -3

دماسنج را در محل تعبیه شده در وسط لوله ی شیشه ای قرار دهید و تا جای ممکن باید به میله نزدیك باشد. کمی صبر کنید تا به -4

( را یادداشت کنید.0Tحالت تعادل دمایی برسد و دمای اولیة میله )

را خوانده و یادداشت کنید . این آنرا روی یك عدد تنظیم کرده، درجة ید و آندیالومتر را از یك طرف مماس بر نوک میله قرار ده -5

(عدد به عنوان مبدأ تلقی می شود .)برای راحتی کار می توان آن را روی صفر تنظیم کنید.

با گرم شدن میله، و هیتر را روشن کنید و منتظر بمانید تا آب آن به جوش بیاید. مشاهده می کنید که بخار آب به داخل محفظه رفته -6

( را توسط دیالومتر l. در این مرحله مقدار افزایش طول میله )تا آنجا باال می رود که سیستم به حالت تعادل حرارتی برسددمای آن

بدست آورید.

11

را یادداشت کنید. lدرجه کاهش دما 5سپس لوله را از محفظه ی شیشه ای جدا کرده و به ازاء هر -7

.بدست آوریدرسم کرده و به کمك شیب آن، ضریب انبساط خطی را را Tبر حسب lمنحنی تغییرات ، (1)با استفاده از رابطة -8

درصد خطای نسبی را محاسبه کنید. -9

(1شکل)

ستگاه د

لووهلوو

پالستيكي

دماسنج

ميل مهرد آزمايش

گهي سنج

12

: 4زمایش آ

انبساط حجمی مایعات

13

هدف آزمایش :

تعیین ضریب انبساط حجمی الکل .

وسایل آزمایش :

ترازو–همزن – هیتر –بشر –دماسنج –پیکنومتر -الکل

تئوری آزمایش :

.پر شده است βقابل یك ظرف شیشه ای را نشان می دهد که کامالً از مایعی با ضریب انبساط حجمی کل مش

رف انبساط حجمی مایعات تقریباً در حدود ده برابر جامدات است لذا اگر ظرف شیشه ای و محتویات آن را گرم کنیم ، مایع درون آن بیشتر از ظ

.د مایع منبسط شده ، بیرون بریزددر باالی ظرف تعبیه شده است تا مازا منبسط می شود ، به همین منظور ، روزنه ای

برسد ، 2Tباشد و بعد از گرم کردن ، دمای سیستم به مقدار 1ρچگالی آن و 1mو جرم مایع ، 1V، حجم شیشه ، برابر 1Tاگر در دمای

خواهیم داشت :

2T :)1(12یشه در دمای حجم ش TVV

: 2Tچگالی مایع در دمای )1(

1

2T

ف کاسته می شود . مقدار جرم مایع موجود در ظرف توجه کنید که مقداری از مایع ، از روزنه به بیرون می ریزد ، لذا از جرم مایع موجود در ظر

توان بصورت زیر بدست آورد :را می Tدر دمای

)T : (1 ) ...)1)(1()1()1 جرم مایع در دمای 22

000

1

0 TTTVTVTVm

صرف نظر کرد و خواهیم داشت : 2γو 2β، می توان از جمالت شامل γو βبا توجه به کوچك بودن

(2 ) TVVVVVm TTTT 2

0000000000)1)(1(

اگر از جملة آخر در عبارت باال نیز صرف نظر کنیم ، خواهیم داشت :

(3 ) TmTmTTmmVVm T )(1[))(()(0000000000

])(

مراحل انجام ازمایش :

ت آورید )توجه داشته باشید که پیکنومتر کامال خشك باشد(.ابتدا جرم پیکنومتر خالی را بدس -1

یین داخل درپوش را پر کرده داخل پیکنومتر الکل بریزید و درپوش آنرا قرار دهید و مطمئن شوید که الکل تمام حجم ظرف و لولة مو -2

باشد.

m0

14

بشر را پر از آب کرده و پیکنومتر را تا لبه در آن قرار دهید. -3

تنظیم کنید تا مخزن آن دقیقا کنار پیکنومتر قرار بگیرد .مدت کوتاهی صبر کنید تا دمای آب و الکل یکسان شود، دماسنج را طوری -4

یادداشت کنید. 1Tاین دما را به عنوان دمای

در این مرحله سطح الکل مقداری پایین آمده، با کمك سرنگ داخل لوله مویین مقداری الکل بریزید. -

ج کرده، سطح آن را با دستمال خشك کرده وسپس جرم آن را اندازه گرفته و یادداشت کنید. پیکنومتر را از آب خار -5

و با همزن آب را به هم بزنید تا دمای تمام قسمت های آب یکی شود، هیتر را روشن کرده ا در داخل بشر قرار داده ومجددا پیکنومتر ر -6

برسد. Tو آب را هم بزنید تا دمای الکل و پیکنومتر و آب به مقدارثابت درجه باال رفت، شعله را خاموش کرده 5زمانی که دمای آب

این دما را یادداشت کرده و پیکنومتر را از آب خارج کرده و پس از خشك نمودن سطح آن مجددا وزن آن را اندازه بگیرید.

دمای مختلف تکرار کنید و جدول زیر را تکمیل کنید. 5این عملیات را برای حداقل -7

m ( gr ) جرم الکل

C ) oT ( دمای الکل

را بدست آورید. β، با اندازه گیری شیب و عرض از مبدأخط ، (3) را رسم کنید و با توجه به رابطة Tبر حسب mمنحنی -8

(. = 76/2 ×10-5) برای شیشه

خطای نسبی آزمایش را به دست آورید. -9

(1شکل)

15

:5آزمایش

گرمای نهان ذوب یخ

16

تعیین گرمای نهان ذوب یخ:هدف آزمایش

یخ به مقدار لزوم. -ترازو –دماسنج -متر کالری:وسایل مورد نیاز

:تئوری آزمایش

وقتی به یك جسم جامد گرما می دهیم دمای آن افزایش می یابد هنگامیکه دمای . مایع یا گاز هستند، فیزیکی جامداجسام دارای سه حالت

ن ثابت می ماند وجسم شروع به ذوب شدن می کند این دمای مشخص را که به جنس جسم وفشار وارد آجسم به مقدار مشخصی رسید دمای

بر آن بستگی دارد نقطه ی ذوب می نامیم.

عمل ذوب گرماگیر است گرمایی که جسم جامد در نقطه . رماونیز باتغییر حجم همراه استانتقال از حالتی به حالت دیگر باگرفتن یا پس دادن گ

از این رو به این گرما گرمای نهان ذوب می ، ی ذوب خود می گیرد سبب تغییردمای آن نمی شود بلکه صرف تغییر حالت جسم خواهد شد

گوییم.

.شود تبدیل مایع حالت حات جامد بهاز ثابت فشار و دما در تا گیرد می جسم جرم واحد که گرمایی مقدار از عبارتست fLی نهان ذوب گرما

ی دادن گرمای نهان ذوب به جامدی که به دمای ذوب خود رسیده باشد آن را ذوب می کند.گرفتن گرمای نهان ذوب از مایعی که به نقطه

.انجماد خود رسیده است آن را منجمد می کند

(1شکل)

(1 )0)()()(00 1114321 TTATTMcmLTTmcQQQQQ ttft

(2 ) m

TTmcTTAML tt

f

)())(( 11

1T، یخدمای اولیه 1Tجرم آب داخل کالری متر، M گرمای نهان ذوب یخ، fL،یخجرم mدر رابطه باال ،دمای اولیه آب و کالری مترtT

. ارزش آبی کالری متر است Aدمای تعادل سیستم و

ظرفیت گرمای ویژه آب -cgr

cal

است. 1

17

:زمایشآمراحل انجام

و مجددا وزن آن را به دست بیاورید، را از آب پر کرده متر کالرینصف را انتخاب کنید و آن را توزین کنید، سپس ی متر کالری -1

متر را تعیین و یادداشت کنید. با تفاضل این دو مقدار وزن آب موجود در کالری

دمای اولیه آب و کالری متر را بخوانید و یادداشت کنید.، تعبیه کرده ایدبه کمك دماسنجی که در داخل کالری متر -2

تا به دمای تعادل حدود صفر برسد، این دما و اندکی صبر کنید در یك بشر قرار دهید. آن را هم زده مقداری مخلوط آب و یخ را -3

را یادداشت کنید.

متر را ببندید. سریعا در کالری و انداختهخشك کنید داخل کالریمتر یك تکه یخ را برداشته و -4

متر و متعلقات آن به دمای تعادل برسند، سپس این دما را مدتی صبرکنید تا کالری به آرامی آب داخل کالری متر را هم زده و -5

یادداشت کنید.

بدست آورده اید کم که قبل از انتقال یخ متر آب و کالریکرده و از جرم کالریمتر محتوی آب و یخ ذوب شده را توزین اکنون -6

.کنید تا جرم یخ ذوب شده بدست آید

خ را بدست آورید.رمای نهان ذوب ی( گ2با استفاده از رابطه ی ) -7

درصد خطای نسبی را محاسبه کنید. -8

18

:6آزمایش

معادل مکانیکی گرما

19

به روش الکتریکی تعیین معادل مکانیکی گرما هدف آزمایش:

کرنومتر. -دماسنج -منبع تغذیه -متر ولت -آمپرمتر -متر با سیم مقاوم کالری :وسایل مورد نیاز

مایش:تئوری آز

شود نسبت Qکامالً صرف تولید گرمای Wکار ر گا .ین بار توسط ژول صورت گرفته استتحقیق تجربی رابطه بین کار و گرما نخستQ

W

کی گرما می معادل مکانیو آن را نمایش می دهند J ادارد این مقدار ثابت را ب Qو Wهمواره مقدار ثابتی است که فقط بستگی به واحدهای

نامند.

بر Qبر حسب ژول و Wاگر و یك ژول کار معادل یك ژول گرماستاست به عبارت دیگر J=1هر دو بر حسب ژول بیان شوند Qو Wاگر

ژول کار الزم است. 185/4یعنی برای تولید یك کالری گرما ، است =J 185/4 حسب کالری بیان شود کالری/ ژول

الزم است مقدار مشخصی کار را به گرما تبدیل کرد و مقادیر کار مصرف شده و گرمای حاصل شده را سنجیده و Jرای تعیین مقدار عدد ب

نسبت آنها را حساب کرد. در این آزمایش انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می کنیم.

قرار دارد استفاده متر می که درون آب داخل کالریبرای این منظور از حرارت تولید شده حاصل از عبور جریان الکتریسیته از سیم پیچ مقاو

می کنیم.

ر سیم پیچ ایجاد د tکه در زمان Wانرژی الکتریکی باشد، Iعبوری از آن ریان، جشودمی یم پیچ اعمال سدو سر که به Vازاء ولتاژ اگر به

شده عبارتست از:

(1) VItW

متر این انرژی به گرما تبدیل شده و اگر تصور کنیم که اتالف حرارت وجود نداشته باشد می توان فرض کرد که تمام این گرما که داخل کالری

ارزش آبی Aجرم آب و mگردیده است. لذا اگر 2Tبه 1Tشده است. سبب افزایش دمای آب و اجزاء داخل کالریمتر از دمای اولیه ایجاد

زیر به دست می آید. مقدار گرمای ایجاد شده با توجه به اینکه گرمای ویژه آب یك است، از رابطه ، آن باشد متعلقات کالریمتر و

(2 ) ))(( 12 TTAmQ

با توجه به اینکه Q

WJ با جایگزینی مقادیرW وQ ( نتیجه می شود. داریم:2( و)1) که از روابط

(3 ) ))(( 12 TTAm

VIt

Q

WJ

(1شکل )

20

آزمایش: مراحل انجام

توزین کنید.انتخاب و متر را کالری -1

.مجددا آن را وزن کنیدمتر کامالً داخل آب قرار گیرد حال مقداری آب داخل کالریمتر بریزید تا مقاومت کالری -2

.را به دست آورید جرم آب داخل کالریمتربا تفاضل دو مقدار فوق -3

دمای اولیه آب و کالری متر را بخوانید و یادداشت کنید.، به کمك دماسنجی که در داخل کالری متر تعبیه کرده اید -4

.متر تماس نداشته باشد مخزن دماسنج کامالً داخل آب قرار گرفته و با مقاومت ها و یا جدار کالریدقت کنید -

ببندید. 1مداری مطابق شکل -5

.با وصل مدار کرنومتر را به کار اندازید مدار را وصل کرده و همزمان -6

داخل کالریمتر چند درجه ای باال رود. حال مدار و کرنومتر را هم زمان قطع کنید. دماسنجصبر کنید تا دمای -7

را از روی آمپرمتر و ( V) ( و ولتاژ دو سر داخل کالریمترI) شدت جریان مدار، (tمدت زمان عبور جریان )همزمان با قطع مدار -8

ولتمتر بخوانید و یادداشت کنید.

ثابت شود این دما را یادداشت کنید. دماسنجآب درون کالریمتر را با همزن هم بزنید و منتظر شوید تا دمای -9

مکانیکی گرما را به دست آورید.( معادل 3با استفاده از رابطه ی ) -10

رای دو مورد دیگر مجددا تمامی مراحل آزمایش را تکرار کنید.را تغییر داده و کالریمتر را خشك کرده و حداقل ب تغذیه ولتاز منبع -11

به دست آمده را محاسبه نمایید.را به کمك مقادیر Jمیانگین -12

درصد خطای نسبی را محاسبه کنید. -13

J t I V 2T 1T m شماره آزمایش

1

2

3

21

: 7آزمایش

گازها انبساط

22

بررسی قانون بویل ماریوت : هدف آزمایش

.کولیس –دستگاه بویل ماریوت : وسایل آزمایش

: تئوری آزمایش

ما کمیاتی همچون حجم، فشار و د برای گازها و ابعاد مشخصی ندارند. شکل فضایی گازها برخالف جامدات که از نظم خاصی پیروی می کنند

نشان داد V = f (P,T,m)بصورت کنند و شدیداً به هم وابسته اند . این وابستگی را می توان نمی مستقل از هم تغییر تعریف می شود که

(جرم گاز استدر این رابطه m) که به آن معادلة حالت می گویند .

nRTPV معادله حالت گاز کامل:

جربه نشان می دهد که برای جرم معینی از گاز ، در دمای ثابت ، رابطة فشار و حجم گاز بصورت P

V1

می باشد . این قانون که

و می توان آن نامیده می شود ماریوت –یل بو ون گانه بدست آمد ، قاننخستین بار توسط بویل در انگلستان و ماریوت در فرانسه ، بطور جدا

را به شکل زیر نوشت:

ctePV

دستگاه بویل ماریوت

( ثابت است و دهانة آن کامالً بسته است و لولة دیگر ) لولة 1شکل است . یکی از لوله ها ) لولة شمارة Uوت یك لولة ماری –دستگاه بویل

را در راستای قائم حرکت داد . اگر درون لوله ، جیوه ( توسط لولة پالستیکی قابل ارتجاعی به لولة اول متصل است و می توان آن 2شمارة

محبوس می شود که نمونة گاز مورد نظر ما محسوب می شود . 1زیر ، مقداری هوا در باالی لولة شمارة بریزیم ، مطابق شکل

است و فشار در این نقطه طبق رابطه زیر به دست می آید: Aنقطة فشاربرابر با فشار هوای محبوس

(1 ) ghPghPP BA 0

متر جیوه بصورت زیر نوشت : متر یا میلی می توان فشار را بر حسب سانتی

(2 ) hPPA 0

(2( شکل )1شکل )

23

مراحل انجام آزمایش:

جابجا کنید و ارتفاع ستون جیوه را یادداشت کنید. در راستای قائمرا لولة متـحرک -1

حجم گاز را به دست آورید. تغییر داده و با باال و پایین بردن لولة متحرک ، حجم هوای محبوس را -2

.ارتفاع ستون هوای محبوس را در مساحت قاعدة لوله ضرب کنید -

.ر لوله ، از کولیس استفاده کنیدی اندازه گیری قطبرا -

را تکمیل کنید.جدول زیر و دهبدست آور( 2با استفاده از رابطه )گاز محبوس را شارف -3

بر حسب Pتغییرات منحنی -4V

1 ه را رسم کرده و درستی رابط

PV

1 را بررسی کنید.

میلی متر جیوه است. 667 (0P)اهفشار هوای آزمایشگ -

P (cm Hg)

3( mm )V

V

13-( mm )

24

: 8آزمایش

ن سرعت صوت در هواییتع

25

اندازه گیری سرعت صوت در هوا : هدف آزمایش

سیم رابط–خطکش –ندهفرستنده و گیر –اسیالتور : وسایل آزمایش

تئوری آزمایش :

مایعات و جامدات منتشر می اثر ارتعاش یك جسم کشسان تولید می شوند و درگازها و مکانیکی طولی هستند که در امواجامواج صوتی از نوع

20000بیش از رکانس های فهرتز باشد. 20000و هرتز 20آن ها بطور متوسط بین فرکانسمی شنود که گوش انسان صوت هایی را شوند.

می نامند. هرتز را فروصوت 20هرتز را فراصوت و کمتر از

هوا منتشر می به مراتب کمتر است در به گوش نمی رسد بلکه با سرعتی که از سرعت نوربالفاصله صوتی که از یك منبع صوت تولید می شود

هستند، برای انتقال حامل انرژی مکانیکی امواج منتشر شده از منبع است. واقع انتشار حرکت ارتعاشی منبع مولد صوت انتشارصوت در ،شود

( نوسان سازمی توان با کمك اسیالتور ) در آزمایشگاهاین انرژی مکانیکی باید یك محیط االستیك بین فرستنده یا گیرنده وجود داشته باشد.

صفحات از گیرنده را اگر پس از تقویت بهد شده بوسیله فرستنده و دریافت شده ایجا اگر امواج. نوسان هایی با فرکانس های دلخواه را ایجاد کرد

.قائم و افقی اسیلوسکوپ بدهیم ترکیب این دو موج را روی صفحه ی اسیلوسکوپ مشاهده می کنیم

دو موج هم فاز باشند، در صورتیکه .با تغییر فاصله فرستنده و گیرنده چون اختالف فاز دو موج تغییر خواهد کرد شکل دو موج نیز تغییر می کند

درجه باشد خطی درناحیه دوم و 180درجه باشد یك بیضی و اگر اختالف فاز 90اختالف فاز ، اگر ل و سوموترکیب دوموج خطی درناحیه ا

.هارم مشاهده می شودچ

کرد.محاسبه v = f رابطه ازایجاد شده رابا استفاده امواج صوتیسرعت انتشار ، می توان با اندازه گیری طول موج

(1شکل)

آزمایش : مراحل انجام

.( ببندید2مدار را مطابق شکل ) -1

فرستنده به ورودی افقی اسیلوسکوپ وصل کنید سر دو همچنین ازد. وصل کنی ابتدا دو سرفرستنده را به خروجی اسیالتوریعنی -

و دوسرگیرنده رابه ورودی قائم اسیلوسکوپ متصل سازید.

گیرنده و فرستنده را طبق شکل روی سطح صاف روبروی هم مقابل لبه خطکش قراردهید. -

ن کنید.تعییفرکانس اسیالتور را -2

26

خط درناحیه اول و سوم ایجاد فرستنده راثابت نموده و گیرنده را در همان امتداد تغییر مکان دهید که روی صفحه اسیلوسکوپ یك -3

کنید. را از روی خط کش یادداشت(1x)، در این حالت فاصله )حالت اول( محل برای دو موج هم فاز می باشد این دقیق ترین شود

(2شکل)

د این حالت دقیق ترین محل مجدداَ محل گیرنده را تغییر دهید تا روی صفحه اسیلوسکپ یك خط در ناحیه دوم و چهارم ایجاد شو -4

را از روی خط کش یادداشت کنید. (2x) ، در این حالت فاصله)حالت دوم( موج در فاز مقابل استو برای د

) است.این مقداربرابر نصف طول موج ، ریدگیرنده را بدست آو فاصله این دو حالت -52

12

xx)

( را یادداشت کنید.3xفاصله )، و سوم ایجاد شود)حالت سوم(اول ادامه دهید تا دوباره خطی درناحیه تغییر مکان گیرنده را -6

) است. ست آورید که برابر یك طول موجاز اولین حالت بد فاصله این حالت گیرنده را -7 13 xx)

.را محاسبه کنیدیانگین مبا استفاده از مقادیر به دست آمده طول موج -8

fvبا استفاده از رابطه -9 در دمای آزمایشگاه بدست آورید.سرعت صوت را

را تکمیل نمائید.و جدول تکرار کرده ای مختلف زمایش را برای فرکانس هآ -10

بر حسب را تغییراتمنحنی -11f

1 ( را محاسبه کنید.v) سرعت صوت اندازه گیری شیب خطبا رسم کرده

خطای نسبی آزمایش را محاسبه کنید.با توجه به مقدار دقبق سرعت صوت، درصد -12

2 1 f

1 f شماره آزمایش

1

2

3

4

27

:9آزمایش

یلوله های صوت

28

هدف آزمایش: تولید موج ایستاده -1

صوت سرعت حاسبهم -2

اسیالتور -صوتی لوله دستگاه ش:آزمای وسایل

تئوری آزمایش:

انتهای یك ی بااز لوله امی توان است. برای تولید موج ایستاده )نوعی موج طولی( ستادهیا موج تولید صوتی، امواج مطالعه های روش از یکی

از مشخصی های طول در درون لوله را تحریك کرد، معینی فرکانس وسیله به لوله باز سمت از بتوان اگر. کرداستفاده باز انتهای یك و بسته

.گویند می تشدید را حالت ایناست، شنیدن قابل گوش با که شود می صدایی تولیدای ایجاد شود که باعث ایستاده امواج لوله

ایجاد می شود.شکم باز درقسمت و گره بسته قسمت در بسته های لوله در تشدید حالتدر

شرط تشدید در لوله های بسته 4

)12(

kl است، در این رابطه موج و طولk .عددی صحیح است

در صوت سرعت بین رابطه از کار این برای .گرفت اندازه هوا در را صوت عتسر توان می آنها در تشدید تشکیل و بسته های لوله از با استفاده

fvو طول موج آن استفاده کنیم. ) fصوت فرکانس با گازها ).

مند.نا می اصلی تشدید را اول هماهنگشود. می تشکیل ایستاده موج فرد های هماهنگ ازای به تنها بسته انتهای یك با ای لوله در

موج طول چهارم یك از فرد ضریب باید دارد قرار هوا آن در که لوله از مقداری طول (،1با توجه به شکل ) لوله، در ستادهیا موج ایجاد رایب

.باشد لوله درون شده ایجاد صدای

(1شکل)

مراحل انجام آزمایش:

.کنید پر آب از کافی اندازه به را ای شیشه لوله و آب مخزن -1

دهید قرار باشد منطبق یا شیشه لوله دهانه وسط بر آن وسط بطوریکه شیشه ای لوله لبه از سانتیمتری 3 تا 2 فاصله در را بلندگو -2

.کنید اسیالتور متصل خروجی به را بلندگو رابط های سیم و

.کنید روشن را اسیالتور واکنون اسیالتور را روی یك فرکانس مشخص قرار داده -3

29

لوله در دهش منتشر صوت در تا پایین آورید آهستگی به را آب سطح است، ارتعاش حال در لوله باالی قسمت در بلندگو کهدر حالی -4

پایین و باال کمی حالت این در را آب شده، سطح ایجاد تشدید حالت یك صوتی لوله در حالت این در آید، بوجود صدا افزایش صوتی

.کنید شیشه یادداشت درجات روی از را تشدید حالت در آب مسطح محلآید، بدست تشدید ماکزیمم محل دقیقا تا ببرید

کنید. پیدا نیز را تشدید دیگر حالت دو و کنید تکرار مدرج ای شیشه لوله امتداد در راعملیات این -5

.به کرده و هر مرحله متوسط آن را به دست آورید، طول موج را محاسباشد می موج طول نصف تشدید دو هر بین فاصلهچون -6

fvهای مختلف تکرار کنید و با توجه به معادله ) فرکانساین آزمایش را برای -7 منحنی تغییرات ) را بر حسبf

1رسم کرده

و سرعت صوت را به دست آورید.

(2شکل)

2 1 f

1 f

شماره آزمایش

1

2

3

4