Laboratornye_raboty_EGF-EiP
.pdf
где S − поверхность, с которой происходит испарение, Pa − атмосферное давление, DB − максимальная влажность пара при температуре влажного термометра, d − аб-
солютная влажность, c − коэффициент пропорциональности, |
которая зависит от |
|||||||||||||||||
скорости движения воздушных слоев над испаряющейся поверхностью. |
||||||||||||||||||
Подставляя (4.3) в (4.2), получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Q |
|
= |
BcS |
(D |
|
|
− d ) . |
|
|
|
|
|||||||
2 |
|
B |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
Pa |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Вследствие теплового равновесия Q1 |
= Q2 |
|
или: |
|
|
|
|
|||||||||||
k (t |
|
− t |
|
)S = |
|
BcS |
(D |
|
− d ) . |
(4.4) |
||||||||
C |
B |
|
|
B |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pa |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Решая уравнение (4.4) относительно d , получим: |
|
|||||||||||||||||
|
d = D |
|
|
− |
k |
|
|
(t |
|
− t |
|
|
)P . |
(4.5) |
||||
|
B |
|
|
|
|
C |
B |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Dc |
|
|
a |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Выражение α = k
Bc
, называют психрометрическим коэффициентом или
психрометрической постоянной. В этом случае (4.5) можно записать в виде:
d = DB − α (tC − t B )Pa |
(4.6) |
|||
Эта формула называется формулой Ренью. Значение α можно определить |
||||
из формулы (4.7): |
|
|
|
|
α = |
DB |
− d |
. |
(4.7) |
|
|
|||
(tC − t B )Pa
Все величины, кроме абсолютной влажности, могут быть найдены непо- средственно.
Более удобным и точным является аспирационный психрометр. В аспира- ционном психрометре шарики сухого и влажного термометров заключены внутри металлических кожухов, которые служат для защиты от излучения окружающих тел. При помощи небольшого вентилятора, расположенного в верхней части при- бора, внутри кожухов создаются потоки воздуха, имеющие определенную ско- рость.
Упражнение 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА БЫТОВЫМ
ПСИХРОМЕТРОМ
Порядок выполнения работы
Этот метод часто применяется в гигиенической практике. Зная показания психрометра, можно непосредственно определить абсолютную и относительную влажность. Таблицей пользуются следующим образом: в крайней вертикальной графе слева находят температуру влажного термометра . В верхней горизонталь- ной графе находят разность температур, соответствующую разности показании сухого и влажного термометров. Из графы «разность» опускают перпендикуляр на горизонталь, соответствующую температуре влажного термометра. На пересе- чении этих линий и будет значение относительной влажности, выраженное в про- центах, а рядом указывается значение абсолютной влажности.
Упражнение 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПСИХРОМЕТРИЧЕСКОЙ ПОСТОЯННОЙ
АСПИРАЦИОННЫМ ПСИХРОМЕТРОМ
Порядок выполнения работы
1.Осторожно с помощью специальной пипетки смачивают батист шарика влаж- ного термометра. Заводят пружину вентилятора и продувают воздух через цилин- дрические кожухи, в которых расположены термометры.
2.Снимают показания сухого и влажного термометров, когда между их показа- ниями установится определенная, не изменяющаяся разность температур.
3.Определяют атмосферное давление по барометру, находят в таблицах значение максимальной влажности при температуре влажного термометра DB и подстав-
ляя в формулу (4.7) находят психрометрическую постоянную α . Для вычисления α абсолютную влажность брать из предыдущего упражнения.
Контрольные вопросы
1.Почему при смачивании ткани влажного термометра возникает разность тем- ператур между показаниями сухого и влажного термометров?
2.Как изменится влажность помещения, если при неизменной температуре сухого термометра разность показаний термометров увеличится? Уменьшится?
3.Какова разность температур сухого и влажного термометров, если воздух на- сыщен водяными парами?
4.В каком случае испарение с поверхности кожи и слизистых оболочек идет ак-
тивнее: при относительной влажности 40% или 70% ?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7 ПРОВЕРКА ЗАКОНОВ ОМА
Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, реостаты, вольтметр, амперметр, соединительные провода.
Цель работы: Изучение вольтамперной характеристики однородного уча- стка электрической цепи. Получение зависимости I (U ).
Вопросы к допуску
1.Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.
2.Что такое вольтамперная характеристика?
3.Как выглядит вольтамперная характеристика однородного участка цепи?
4.Как определить сопротивление из графика вольтамперной характеристики для
однородного участка электрической цепи?
Содержание работы и методика ее выполнения
Впроводниках первого рода при наличии электрического поля происходит упорядоченное движение свободных электронов между узлами кристаллической решетки. Это направление движения электронов принято называть электрическим током. Электрический ток в проводнике называется током проводимости. За на- правление тока принято считать направление движения положительных зарядов. Поэтому направление тока в металлах противоположно направлению движения
электронов. Электрический ток характеризуется силой и плотностью тока. Силой тока I называется скалярная физическая величина, численно равная
электрическому заряду dq , проходящему через поперечное сечение проводника за
единицу времениdt :
I = dq . dt
Плотностью тока j называется векторная физическая величина, числен- но равная силе тока dI , приходящего на единицу площадки, поставленную пер- пендикулярно к направлению тока:
j = dI . dS
Вектор j направлен вдоль тока по направлению вектора напряженности
стационарного электрического поля в проводнике.
Если I и j не меняются во времени, то ток в проводнике называется посто-
янным.
Законы постоянного тока.1. Закон Ома для участка цепи. Падение на-
пряжения U на участке цепи равно произведению его сопротивления R на силу тока I :
U = (ϕ1 − ϕ2 ) = IR ,
где ϕ и ϕ2 – потенциалы точек 1 и 2 участков цепи, R – электрическое сопротивле-
ние на этом участке, U = ϕ1 − ϕ2 – разность потенциалов между точками 1 и 2 цепи,
эта величина называется падением напряжения, или напряжением между этими точками. Падением напряжения U на участке цепи называется величина, чис-
ленно равная работе, совершаемая суммарным полем кулоновских и сторонних сил при перемещении на этом участке цепи единичного положительного заряда. Сторонними силами называются силы, действующие на заряды со стороны ис- точников тока и направленных против электростатических сил.
1.Закон Ома для замкнутой цепи. Электродвижущая сила, действующая в замкнутой цепи, равна сумме падения напряжения в этой цепи:
ε= (IR + Ir) = I (R + r) ,
где Ir – падение напряжения внутри источника тока ( r – сопротивление источни- ка), – падение напряжения во внешних участках цепи (К– сумма всех внешних со- противлений).
Упорядоченное движение свободных электронов в металле непрерывно тормозится вследствие столкновения этих электронов с ионами решетки. Это яв- ляется причиной электрического сопротивления проводника. Электрическое со- противление проводника
R = ρ l , S
где ρ – удельное сопротивление проводника, l и – S длина и площадь поперечного сечения проводника.
Значение электродвижущей силы – ε (э.д.с) источника тока равно разности потенциалов на его концах, когда цепь разомкнута. Э.д.с .численно равна работе, совершаемой сторонними силами, при перемещении на участке цепи проводника единичного положительного заряда.
2.Закон Джоуля – Ленца. Количество теплоты Q , выделяемое током в провод- нике, пропорционально силе тока I , времени его прохождения t и падению на- пряжения U :
Q = IUt = I 2 Rt = U 2 t . R
3. Правила Кирхгофа. 1. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:
n
∑Ik = 0 .
k=1
1.В любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной
электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов Ik на сопро- тивление Rk соответствующих участков этого контура равна алгебраической сум- ме э.д.с. ε k в контуре:
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|||
|
|
|
|
∑Ik Rk = ∑ε k . |
||||||||||||
|
|
|
|
k =1 |
|
|
|
|
|
k =1 |
|
|
|
|||
2. Если в цепи имеются сопротивления R1, R2 ,... или емкости C1, C2 ,.. включен- |
||||||||||||||||
ные последовательно или параллельно, |
|
то общее сопротивлениеR и общая ем- |
||||||||||||||
кость C вычисляются по следующим формулам: |
|
|
|
|||||||||||||
Последовательное соединение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
R = R1 + R2 +... + Rk |
||||||||||||||
|
1 |
= |
1 |
+ |
1 |
|
+... + |
|
1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
C |
|
C1 |
|
|
|
C2 |
Ck |
||||||||
параллельное соединение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
= |
1 |
+ |
1 |
+... + |
1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
R |
|
|
R1 |
|
|
|
R2 |
Rk |
||||||
C = C1CR2 +... + Ck
Упражнение 1
Проверка закона Ома для однородного участка. Получение зависимости I(U) Порядок выполнения работы
1.Собрать цепь согласно схеме на рис.1.1 (в качестве сопротивления R1 , взять реостат с сопротивлением большим, чем R 2 ).
2.Установить сопротивления R1 ,R 2 , пределы измерения вольтметра и миллиамперметра на максимум. Включить источник ЭДС.
3.R1 установить на минимум, подобрать R 2 и
пределы вольтметра и миллиамперметра так, чтобы показания приборов были близки к максимальному. Определить цену делении измерительных приборов. Изменяя сопротивление реостата R1 снять 5-7 экспериментальных точек. Эти точки следует выбирать так, чтобы они отстояли друг от друга примерно на одинаковые значения тока или на- пряжения. Результаты измерений внести в таблицу.
4.Построить график I(U)(см. приложение). По графику определить среднее зна- чение сопротивления. Какой вывод можно сделать по результатам данной ра- боты?
5.В отчет включить выводы по данной работе:
А). Выполняется ли закон Ома для данного участка с учетом погрешностей измерений?
Б).Для какого участка цепи проверяется закон Ома (указать на схеме )?
В). Почему в п.3 рекомендуется проводить измерения на одних и тех же пре- делах вольтметра и миллиамперметра?
№ измер. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
СI |
|
|
|
|
|
|
|
N I |
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
εI |
|
|
|
|
|
|
|
CU |
|
|
|
|
|
|
|
NU |
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
εU
Контрольные вопросы
1.Какая физическая величина называется током?
2.Какая физическая величина называется напряжением?
3.Какая физическая величина называется сопротивлением? Отчего зависит ак- тивное (омическое ) сопротивление?
4.Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме.
5.Как электрический ток влияет на биологические объекты?
Упражнение 2 Проверка закона Ома для неоднородного участка
Цель работы: Изучение вольтамперной характеристики неоднородного участка электрической цепи. Определение ЭДС по графику вольтамперной харак-
теристики.
Вопросы к допуску
1.Сформулируйте закон Ома для неоднородного участка цепи.
2.Что такое вольтамперная характеристика?
3.Как выглядит вольтамперная характеристика неоднородного участка цепи?
4.Как определить ЭДС из графика вольтамперной характеристики для неодно- родного участка электрической цепи?
Порядок выполнения работы
1.Собрать схему (рис1.2) (R1<R2).
2.Установить R1,R2 и пределы приборов на мак- симальные значения. Включить источник ЭДС.
3.Подобрать пределы вольтметра.
4.Установить R2 на минимум. Подобрать R1 и предел миллиамперметра.
5.Снять зависимость U от I, меняя R2. Данные
занести в таблицу (подготовить самостоятельно). Предел mА не менять. 6. Построить график зависимости I от U, определить ε. Сделать выводы.
Контрольные вопросы
1.Какая физическая величина называется током?
2.Какая физическая величина называется напряжением?
3.Какая физическая величина называется ЭДС?
4.Что показывает вольтметр, подключенный к зажимам источника тока при замк- нутой цепи, при разомкнутой цепи?
5.Сформулируйте законы Кирхгофа. Когда они применяются? Можно ли их при- менять в данной лабораторной работе?
6.Как электрический ток действует на биологические объекты?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
Цель работы: определение горизонтальной состав-
ляющей магнитного поля земли.
Приборы и принадлежности: тангенс – гальвано-
метр, амперметр, реостат, источник постоянного тока, пере-
ключатель.
Вопросы к допуску
1.Как устанавливается магнитная стрелка в магнитном по- ле Земли? Как выглядят силовые линии магнитного поля Земли?
2.Как определяются величина и направление индукции магнитного поля кругового тока?
3.Как должны быть расположены друг относительно друга магнитная стрелка и магнитное поле и кругового тока в данной работе?
4.По какой формуле определяется индукция магнитного поля Земли в данной ра- боте?
Теория метода и описание установки.
Земля представляет собой огромный магнит, полюса которого лежат вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный полюс S, а вблизи южного географического северный магнит- ный полюс N. Магнитное поле Земли в первом приближении совпадает с магнит- ным полем диполя «ab», помещенного в центре Земли. По последним гипотезам
поле Земли связано с токами, циркулирующими по поверх- ности ядра Земли, а отчасти с намагниченностью горных пород и токами в радиационных поясах.
Магнитное поле Земли на экваторе направлено гори- зонтально (точка В), а у магнитных полюсов — вертикаль- но (точка А). В остальных точках земной поверхности маг- нитное поле Земли направлено под некоторым углом (точ- ка К).
Величину проекции напряженности земного магнитного поля Н на гори- зонтальную плоскость называют горизонтальной составляющей магнитного по- ля Земли Нз. Направление этой составляющей принимается за направление магнитного меридиана, а вертикальная плоскость, проходящая через него, на- зывается плоскостью магнитного меридиана. Угол α между направлением маг- нитного поля Земли и горизонтальной плоскостью называют углом наклонения, а угол β между географическим и магнитным меридианом — углом склонения.
Магнитная стрелка, которая может вращаться лишь около вертикальной оси, будет отклоняться в горизонтальной плоскости только под действием гори- зонтальной составляющей магнитного поля Земли (Нз).
Это свойство магнитной стрелки используется в тангенс – гальванометре для определения Нз. Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую верти- кальную катушку радиуса R с некоторым числом витков п. Величина радиуса ка- тушки и число витков указаны на тангенс– гальванометре.
В центре катушки в горизонтальной плоскости расположен компас. Маг- нитная стрелка компаса при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли NS.
Поворотом катушки около вертикальной оси можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана. Если после такой уста- новки катушки по ней пропустить ток, то магнитная стрелка повернется на неко- торый угол α . Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будут действо- вать два магнитных поля: первое поле— горизонтальная составляющая напря- женности поля Земли Нз и 2-е — созданное током — H1 .
Под действием этих полей магнитная стрелка займет такое положение равновесия, при котором равнодействующая двух полей будет совпадать с лини- ей, соединяющей полюса стрелки. NS — направление магнитного меридиана Земли, А и В — сечения витка катушки горизонтальной плоскостью, — магнитная стрелка компаса, помещенная в центре катушки, Н3 — вектор гори- зонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли, H1 — вектор напряженности магнитного поля, созданного током в катушке (определяется по правилу буравчика).
Обратите внимание на расположение магнитных силовых линий вокруг проводника с током; в точке А ток идет на нас (показан точкой), в точке В ток идет от нас (показан крестиком). Магнитное поле тока (вектор H1 ) направлено перпендикулярно к плоскости витков.
Из рисунка видно, что tgα = H1
H 3
H 3 = H1 (1).
tgα
и, следовательно,
Величина напряженности поля H1 , созданного то- ком в центре витка, для системы СИ вычисляется по зако- ну Био — Савара— Лапласа для случая кругового тока:
H1 = I (2)
2r
где I — ток, текущий в витке, r — радиус витка катушки в м. Напряженность магнитного поля в катушке с числом витков п вычисляется
по выражению (2) с учетом числа витков. Подставляя значение H1 в формулу (1), получим:
H 3 |
= |
In |
. |
|
|||
|
|
2rtgα |
|
Этой формулой и пользуются для опытного определения напряженности маг- нитного поля Земли Н. В системе СИ напряженность магнитного поля измеряется
А/м.
Измерения и обработка результатов измерений
1. Собирают электрическую цепь из тангенс – гальванометра G, амперметра А, реостата R, ключа переключателя и источника тока ε (рис.9.3).
2.Поворачивая тангенс-гальванометр и компас, устанавливают плоскость катуш- ки тангенс - гальванометра в плоскости магнитного меридиана так, чтобы один конец стрелки совпал с 0°.
3.Установив движок реостата в некотором положении, включают постоянный ток и измеряют величину тока по амперметру (движок реостата должен быть уста- новлен так, чтобы ток был около 0,5А).
5.Как только стрелка компаса придет в равновесие, отсчитывают по круговой шкале компаса угол отклонения стрелки α1 .
6.Не меняя величины тока I , изменяют переключателем его направление и измеря- ют величину отклонения стрелки — угол α 2 . Берут среднее значение угла α .
7. |
Повторяют опыт три раза при различном токе: 0,5—0,7А, 1—1,2 А, 1,5— |
|
1,7 А. Величину тока изменяют, меняя положение движка на реостате. |
8. |
Подставляя последовательно измеренные значения tgα и I в формулу (3), |
|
находят три значения H. |
Все наблюдения и результаты вычислений записывают в таблицу.
Контрольные вопросы
1.Что является источником магнитного поля?
2.Какая физическая величина называется индукцией магнитного поля? По какой формуле определяется индукция магнитного поля?
3.Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа. Какую физическую величину мож- но определить с помощью этого закона?
4.Выведите формулу для определения индукции магнитного поля в центре кру- гового тока.
5.Как влияет магнитное поле на биологические объекты?
ЭЛЕМЕНТЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
Длины воспринимаемых глазом световых волн очень малы (порядка 10−7 м ). Поэтому распространение видимого света можно в первом приближении рассматривать, отвлекаясь от его волновой природы и полагая, что свет распро- страняется вдоль некоторых линии, называемых лучами. В предельном случае, соответствующем λ → 0 , законы оптики можно сформулировать на языке гео-
метрии. В соответствии с этим раздел оптики, в котором пренебрегают конечно- стью длин волн, называется геометрической оптикой.
Основу геометрической оптики образуют четыре закона:
1)закон прямолинейного распространения света, согласно которому в одно-
родной среде свет распространяется прямолинейно.
2)закон независимости световых лучей, согласно которому лучи при пересе-
чении не возмущают друг друга.
3)закон отражения света, согласно которому отраженный луч лежит в од-
ной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения; угол отражения равен углу падения.
4)закон преломления света, согласно которому преломленный луч лежит в
одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точ- ке падения; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления
есть величина постоянная для данного вещества.
Линзой называется шлифованное стекло или любое другое прозрачное ве- щество, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями, в частном
случае одна из поверхностей линзы может быть плоской. Линзы бывают двух типов: собираю-
щие, или выпуклые, когда сферическая поверх- ность выпуклая и рассеивающие, или вогнутые,
когда сферическая поверхность вогнутая.
Эти определения применимы для линз, имеющих больший коэффициент преломления, чем среда, из которой падают лучи.
Рассмотрим тонкую собирающую линзу (рис.1.1), где C – оптический центр линзы, лучи
проходящие через эту точку не меняют направле- ния.
Всякая прямая, проходящая через оптиче- ский центр, называется оптической осью линзы, и если она , кроме того, прохо- дит через центры кривизны поверхностей линз(О1 и О2)– главной оптической
осью. Плоскость перпендику- лярная главной оптической оси и проходящая через опти-
ческий центр, называется
главной плоскостью линзы. Главным фокусом лин-
зы называется точка, в кото- рой пересекаются после пре- ломления в линзе лучи, па- дающие на нее пучком, па-