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.