Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы и средства измерений. Учебное пособие для поверителей средств теплотехнических и физико-химических измерений
.pdf
ределил, что причиной появления электрического тока является
не «животное электричество», а два металлических проводника,
которые замкнуты между собой электропроводной жидкостью
ткани лягушки. Вольта разработал контактную теорию, в основу которой поместил контакт двух разнородных металлов,
расположенных в ряд таким образом, чтобы разность потенциалов двух металлов была тем больше, чем дальше друг от друга они стояли в ряду.
Он создал первую гальваническую батарею, названную Вольтовым столбом. Первоначально Вольтов столб состоял из нескольких пар медных и цинковых дисков, разделенных суконными
дисками, смоченными в соленой воде. Позднее он изобрел иной
тип «столба»: жидкий проводник он поместил в две емкости,
в каждую из которых погрузил медную и цинковую пластины.
В жидкости пластины не контактировали, а снаружи последовательно соединялись. Это был знаменитый элемент Вольта.
В 1791 г. Вольта был избран членом Лондонского королевского общества и награжден золотой медалью. Он был удостоен
многих почестей и наград, после того как в 1801 г. во Франции
прочел лекцию о своих открытиях во Французской академии.
В 1815 г. Вольта был назначен деканом философского факультета в Падуе, но спустя четыре года уехал на отдых в родной город Комо, чтобы, наконец, посвятить себя семье.
Умер Вольта 5 марта 1827 г. в возрасте 82 лет.
Электродвижущая сила источника тока
Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, представляющая собой энергетическую характеристику неэлектростатического электрического поля, выражаемая скалярной величиной и определяющая способность стороннего поля и электрического поля вызывать электрический ток.
Электродвижущая сила гальванического элемента есть раз-
ность электрических потенциалов между двумя металлическими
электродами, представляющими собой концы цепи проводящих
фаз.
Термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) — электродвижущая
сила, возникающая при термоэлектрическом эффекте.
Электродвижущая сила является производной физической
величиной.
Единица электродвижущей силы — вольт, В.
Температура
RanFnCnnK
9
5
37,255
9
5
15,273
15,273
9
5
)32(
9
5
15,273 RanFnnKCn
Температура — физическая величина, которая является параметром теплового состояния термодинамической системы
и характеризуется интенсивностью теплового движения атомов
и молекул. Значение температуры обусловлено средней кинетической энергией хаотического движения частиц, составляющий
термодинамическую систему.
Термодинамическая температура — температура, отсчиты-
ваемая по термодинамической шкале температур.
Термодинамическая температура является основной физической величиной.
Единица термодинамической температуры — кельвин, К.
Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.
Температура тройной точки воды — температура равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазах.
Допущена к применению также единица температуры градус
Цельсия (°С = К).
Температура Цельсия — температура, отсчитываемая по шка-
ле, отградуированной в градусах Цельсия, °С.
В зарубежной литературе и в приборах температуры, поставляемых по импорту, иногда используются единицы температуры
градус Фаренгейта (°F) и градус Ренкина (°Ra).
При пересчете числовых значений температуры из одной
шкалы в другую применяют формулы:
;
.
Единица термодинамической температуры названа в честь
английского физика Вильяма Томсона лорда Кельвина.
Вильям Томсон родился 26 июня 1824 г. в Белфасте (Ирландия) в семье учителя математики. До десятилетнего возраста
отец самостоятельно учил сына общим дисциплинам. Затем отца пригласили на должность профессора математики в университет в Глазго. Он записал туда и сына в качестве студента.
В 16 лет Вильям Томсон перешел в Кембриджский университет,
а спустя год переехал в Париж, где в лаборатории Рено занимался экспериментальной физикой.
В двадцать два года он принят в университет города Глазго
на должность профессора физики. Он увлекается научными исследованиями, оборудует на свои скромные сбережения лабораторию, разместив ее в заброшенном погребе. Проводит исследования во многих в областях физики, в частности, исследует явления электричества, магнетизма, тепла.
Первый научный труд по термодинамике он опубликовал
в 1848 г. Основываясь на принципе Карно, Томсон ввел понятие
об абсолютной шкале температур. Через два года он теоретически обосновал зависимость точки плавления от давления, которую экспериментально определил ранее.
В 1851 г. Томсон публикует научный труд «О динамической
теории тепла», в котором, исходя из теории Карно, формулирует второй принцип термодинамики — один из важнейших законов фундаментальной физики.
Еще учась в Кембридже, Томсон увлекается исследованиями
электрического тока и электрических явлений. В 1853 г. он теоретически обосновал колебательный характер разряда лейденской банки и первым вывел формулу Томсона для определения периода колебаний в зависимости от емкости и собственной индуктивности колебательного контура. Следующая его работа
об электромагнитных колебаниях значимо повлияла на развитие
беспроволочного телеграфа.
Разработанная Томсоном теория распространения электрических сигналов по длинным кабелям и открытие способа
устранения запаздывания электрического сигнала позволили реализовать идею о создании трансатлантического подводного телеграфного кабеля. Он изобрел несколько десятков приборов
(всего он получил 70 патентов), в частности создал зеркальный
гальванометр, самозаписывающее устройство передаваемых
телеграфных знаков и т.д.
В 1890 г. он был избран президентом Лондонского королевского общества, а два года спустя возведен в дворянское звание —
ему был присвоен титул лорд Кельвин оф Ларге. Имя Кельвин
он выбрал сам по названию речушки, протекающей через сад
университета в Глазго.
Умер Кельвин 17 декабря 1907 г. в Лондоне. Похоронен в
Вестминстерском аббатстве недалеко от места погребения
Ньютона.
Давление
Давление — физическая величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на какую-либо часть поверхности тела по направлениям, перпендикулярным этой поверхности. Давление выражается отношением нормальной, равномерно распределенной по поверхности силы к площади этой поверхности.
Давление является производной физической величиной.
Единица давления — паскаль, Па
Паскаль — давление, вызываемое силой в 1 ньютон, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 квадратный метр.
Допущены к применению также единицы давления: бар
(105 Па), килограмм-сила на квадратный сантиметр (98066,5 Па),
миллиметр водяного столба (9,80665 Па), миллиметр ртутного
столба (133,322 Па),
Единица давления названа в честь французского математика
и физика Блеза Паскаля.
Блез Паскаль родился 19 июня 1623 г. в Клермоне в семье известного математика Этьена Паскаля. Еще в детстве он увлекся математикой и в возрасте 12 лет придумал собственную
геометрическую систему, которая была основана на евклидовой.
Многие ученые того времени с удивлением отмечали необычные
математические способности юного математика. Всего в шестнадцать лет Блез Паскаль публикует свое исследование
«Опыт о конических сечениях», которое вызвало одобрение парижских математиков. Научная общественность признала, что
Паскаль разрешил ряд проблем лучше, чем это сделал греческий
математик Аполлоний Пергский, живший во втором веке до новой эры. В частности, Паскаль вывел одну из основных теорем
проективной геометрии, которую назвали «великой теоремой
Паскаля».
Паскаль активно изучал математику, физику и философию.
В очередном своем труде «Трактат об арифметическом треугольнике» он изложил основные тезисы по теории вероятности
и комбинаторике. Он определил правила делимости и стал предшественником работ Ньютона и Лейбница по дифференциальному и интегральному исчислениям.
В девятнадцатилетнем возрасте он сконструировал счетную машину, которая совершала четыре основных математических действия. Фактически Паскаль был первооткрывателем
счетно-решающих машин. Работая над счетным механизмом,
Паскаль показал себя не только талантливым математиком,
но и талантливым инженером, сумевшим воплотить математические расчеты в реальное устройство.
Узнав об опыте Торричелли и открытии атмосферного давления, он провел оригинальные исследования для доказательства
открытия Торричелли. В своих экспериментах он доказал существование давления воздуха. Паскалю первому пришла в голову
мысль о том, что с помощью барометра можно измерять разницу в высоте двух разных мест, он же обратил внимание на то,
что атмосферное давление зависит от температуры и влажности воздуха, и поэтому может служить для прогноза погоды.
Значительны также работы Паскаля в области гидростатики. В «Трактате о равновесии жидкостей» он сформулировал
основной закон гидростатики, названный позже его именем.
Он вычислил величину гидростатического давления, а также
описал явление гидростатического парадокса, закон сообщающихся сосудов и принцип гидростатического пресса. Одновременно он публикует «Трактат о весе массы воздуха», в котором
была установлена связь между давлением жидкостей и газов
и показано, что в воздухе давление передается по тем же законам, что и в воде.
Паскаль занимался также и философскими размышлениями,
утверждал, что прогресс науки и есть цель существования человечества. В 1653 г. Паскаль полностью переключился на теологофилософские проблемы, признавая преобладание веры над разумом. Спустя три года он ушел в монастырь.
Умер Паскаль в возрасте 39 лет 19 августа 1662 г. в Париже.
Расход
Расход — физическая величина, характеризующая количество (масса или объем) вещества, протекающего через поперечное
сечение трубопровода (канала) в единицу времени.
Измеряют либо мгновенный расход как расход в данный момент времени, либо средний расход за установленный промежуток времени, либо «пиковый» расход как наибольшее значение
расхода за установленный промежуток времени.
Расход может быть объемным или массовым, в зависимости
от того, в каких единицах измерено количество вещества. Если
количество протекающего вещества измеряют в единицах объема, расход называют объемным. При измерении количества вещества в единицах массы расход называют массовым.
(При измерении расхода применяется также понятие количе-
ства как суммарного объема или массы вещества, протекающего
по трубопроводу за некоторый отрезок времени).
Расход является производной физической величиной.
Единицы массового расхода — килограмм в секунду, кг/с;
моль в секунду, моль/с.
Единица объемного расхода — кубический метр в секунду,
м3/с.
Количество
v
m
Количество — физическая величина, характеризующая размер порции вещества численностью содержащихся в ней частиц.
Количеством вещества системы называют физическую величину, определяемую числом структурных элементов — атомов,
молекул, ионов, электронов и других частиц или специфированных групп частиц, содержащихся в системе.
Количество является основной физической величиной.
Единица количества — моль.
Моль — количество вещества, в котором содержится
столько молекул (атомов, ионов или других элементарных
частиц), сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг нуклида углерода атомной массой 12.
Плотность
Различные вещества, которые при одинаковой температуре
занимают одинаковые объемы, могут обладать разной массой.
С другой стороны, вещества с одинаковой массой могут занимать
разные объемы. Для характеристики соотношения между массой
вещества и занимаемым им объемом применяется понятие —
плотность.
Плотность ρ — физическая величина, которая для однородного тела или вещества определяется как отношение массы m
к его объему v.
.
Для неоднородного вещества устанавливается плотность
в точке как предел отношения массы вещества к его объему при
условии, что объем стягивается к точке, в которой определяют
плотность.
Плотность вещества зависит от температуры. Поэтому при
обозначении плотности обязательно указывают, при какой температуре измерена плотность.
Плотность является производной физической величиной.
Единица плотности — килограмм на кубический метр, кг/м3.
Применяются также единицы плотности: кг/дм3, кг/л, г/см3,
т/м3.
В ряде случаев применяют понятие относительной плотности, являющейся безразмерной величиной. Относительная плот-
ность есть отношение плотности данного вещества к плотности
условного вещества при заданных физических условиях. Для
жидких и твердых веществ условным веществом выбирают воду.
Для газообразных веществ в качестве условного вещества применяют сухой воздух, кислород или водород.
Иногда относительную плотность рассматривают как отношение массы данного вещества к массе условного вещества при
одинаковых объемах обоих веществ и одинаковых физических
условиях.
Концентрация
Концентрация — физическая величина, характеризующая
количество данного компонента в многокомпонентной термодинамической системе.
Массовая концентрация — отношение массы какого-либо
компонента, содержащегося в веществе, к общему объему вещества.
Молярная концентрация (молярность) — отношение содержащейся в системе (растворе) массы вещества, выраженной в молях, к объему системы.
Активная концентрация (активность) — молярная концен-
трация, определенная с учетом способности вещества к растворению. Численно активность равна произведению молярной концентрации на коэффициент активности.
Единица массовой концентрации — килограмм на кубический метр, кг/м3.
Единица молярной концентрации — моль на кубический
метр, моль/м3.
Моляльность
Моляльность растворенного компонента — физическая величина, определяемая отношением количества частиц растворенного компонента к массе растворителя.
Единица моляльности — моль на килограмм, моль/кг.
Водородный показатель рН
Активную концентрацию водных и неводных растворов принято оценивать по количеству ионов водорода в растворе. При повышении концентрации, например, кислоты концентрация ионов
водорода в растворе также повышается. При повышении концентрации щелочи уменьшается концентрация ионов водорода.
Таким образом, активность ионов водорода
H
a
H
algpH
может слу-
жить обобщенной характеристикой кислотных и щелочных
свойств растворов.
Для представления меры активности ионов водорода применяется понятие водородного показателя рН.
Водородный показатель рН — характеристика кислотности
среды, численно равная отрицательному десятичному логарифму
активности ионов водорода.
.
Для нейтральной среды рН = 7, для кислой — рН меньше 7,
для щелочной — рН больше 7.
Практический диапазон значений рН лежит в пределах от –1
до 14.
Оптическая плотность
Оптическая плотность — физическая величина, характеризующая поглощающие свойства материала или вещества и равная
десятичному логарифму величины, обратной коэффициенту пропускания.
Оптическую плотность вещества или раствора описывает
первый закон поглощения электромагнитного монохроматического излучения, который на основании многочисленных экспериментов был сформулирован П. Бугером. а затем И. Ламбертом.
Оптическая плотность вещества в растворе зависит от толщины поглощающего слоя жидкости и концентрации вещества.
В соответствии с законом Бугера-Ламберта слои вещества одинаковой толщины, при прочих равных условиях, поглощают одну
и ту же часть падающего на раствор светового потока. При этом
относительное количество поглощенного светового потока не зависит от интенсивности падающего светового потока.
Оптическая плотность является производной физической величиной.
Единица оптической плотности — бел.
Бел — логарифмическая величина — логарифм безразмерного отношения двух одноименных физических величин.
Коэффициент пропускания
Коэффициент пропускания — физическая величина, характеризующая прозрачность среды при взаимодействии светового по-
тока со средой. Коэффициент пропускания служит критерием
прозрачности тел или растворов.
Численно коэффициент пропускания равен отношению интенсивности светового потока, прошедшего через тело или слой
раствора единичной толщины, к интенсивности светового потока,
падающего на материал или раствор.
Коэффициент пропускания — безразмерная величина. Обычно значение коэффициента пропускания выражают в процентах.
Коэффициент поглощения
Коэффициент поглощения — физическая величина, характеризующая поглощающие свойства среды при взаимодействии
электромагнитного излучения со средой. Коэффициент поглощения служит критерием светопоглощающих свойств материалов
или растворов.
Численно коэффициент поглощения равен отношению потока электромагнитного излучения, поглощенного данной средой
или телом, к потоку излучения, падающему на эту среду или тело.
Применяют коэффициент поглощения для определения концентрации раствора. В соответствии с законом Бугера-ЛамбертаБера оптическая плотность вещества есть произведение коэффициента поглощения на концентрацию растворенного вещества
в растворе и на толщину исследуемого слоя раствора.
Значение коэффициента поглощения зависит от природы вещества, длины волны и температуры раствора.
Коэффициент поглощения — безразмерная величина.
У истоков фотоколориметрии стоял выдающийся немецкий
ученый Иоганн Генрих Ламберт.
Иоганн Генрих Ламберт родился 26 августа 1728 г. в эльзасском городке Мюльгаузене в семье портного.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]