آزمایش تعیین ضریب بیدررو (آدیاباتیك) گازها
هدف آزمایش: تعیین ضریب بیدررو ( ) برای هوا و همچنین گازهای دیگر مانند آرگون، ازت، دی اكسید كربن و...
وسایل آزمایش: ارلن معمولی 1000ml با لوله جانبي، چوب پنبه ارلن، سیلندر شیشهای سوراخدار، سه پايه رومیزی کوچک قابل تنظیم، پیستون ضريب بيدررو، پمپ قابل تنظیم هوا، سنسور مادون قرمز u شکل (با دستک میلهای)، شیلنگ 4 (1متر)، شیلنگ 8 (30 سانتیمتر)، تبدیل شیلنگ 8 به 4، بست 10 به 10، ستون با قطر 10 و طول 500 میلیمتر، زمان شمار ديجيتال (timer ، counter ) بادقت 001/0 ثانیه.
تئوری آزمایش
به منظور حفظ شرایط پایداری نوسانات غیر میرا، گاز از داخل شكاف باریكی كه در وسط لوله شیشهای وجود دارد خارج میشود و دوباره جهت برقراری تعادل توسط یك مجرای دیگر به سیستم باز میگردد.
اكنون با ورود گاز توسط پمپ هوا، فشار گاز داخل ارلن به مقدار جزئی تغییر میكند. این افزایش فشار سبب وارد ساختن نیرو به جسم كوچك نوسانگر میشود و آن را به بالاتر از شكاف میراند.
ولی به علت خارج شدن بخشی از گاز، فشار درون لوله كاهش و جسم نوسانگر به سبب نیروی وزن خود مجدداً بطرف پایین میلغزد و بار دیگر راه عبور گاز از شكاف را سد میكند. این عمل بطور مداوم تكرار میشود و یك حركت نوسانی را ایجاد میكند.
در صورتیكه تغییرات فشار داخل ارلن حاوی گاز P را در نظر بگیریم و جابجاییهای كوچك نوسانگر را x، بنا به قانون دوم نیوتن میتوان نوشت:
(1)
كه درآن rشعاع نوسانگر و m جرم آن میباشد.
فشار گاز درون ارلن برابر خواهد بود با:
(2)
كه همان فشار جو درمحیط آزمایشگاه است.
از آنجا كه این نوسانات بطور نسبتاً سریع انجام میشوند، چنین فرآیندی را میتوان بیدررو در نظر گرفت و در مورد آن معادله بیدررو را نوشت:
ثابت =
كه در آن V حجم گاز است.
با گرفتن مشتق از معادله فوق داریم:
كه است. با جایگزینی رابطه اخیر در معادله (1) خواهیم داشت:
جواب این معادله بصورت زیر میباشد:
كه نشانگر یك حركت تناوبی با دامنه و سرعت زاویه است كه مقدار آن برابر است با:
كه با توجه به رابطه بین و T (دوره تناوب نوسانات)، خواهیم داشت:
(3)
روش آزمایش
1) دستگاه را مطابق شكل (1) آماده نمایید.
2) جرم (m) و شعاع (r) جسم كوچك نوسانگر را اندازه بگیرید و درقسمت زیر یادداشت كنید.
3) فشار گاز (p) را به كمك رابطه (2)، با اندازهگیری فشار جو، توسط فشارسنج، بدست آورید.
4) پس از تنظیم دستگاه، زمان مربوط به 300 نوسان را اندازهگیری كرده سپس دوره تناوب نوسان (T) را بدست آوردید.
5) مقادیر زیر را تكمیل كنید:
(حجم بالون حاوی گاز)
(جرم جسم نوسانگر)
(فشار جو)
(شعاع جسم نوسانگر)
(فشار گاز)
6) به كمك رابطه (3) مقدار را تعیین نمایید.