Министерство сельского хозяйства и продовольствия

Российской Федерации

ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный

Университет им. К. Д. Глинки»

Факультет агроинженерный

Кафедра физики

Методические указания для выполнения лабораторных

работ по физике и биофизике для студентов факультета ветеринарной медицины очной и заочной формы обучения

ч. II. Электричество и оптика.

Для специальности № 310800 «Ветеринария»

Воронеж 2005

Составили: Глазун Б. А., Горбань Л. К., Белоглазов В.А.

Под редакцией: профессор Воищев В. С.

Рецензент: профессор ВГПУ Зеленев В. М.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры физики (протокол №8 от 1 июля 2005 г.)

Методические указания рекомендованы к изданию на заседании методической комиссии факультета ВМ (протокол №1 от 24 октября 2005 г.)

Оглавление

Электричество.

Работа № 1. Определение температуры тела с помощью термопары и термодатчика. . . . . . . . . . . . . . . . 4

Работа № 2. Определение зависимости удельного сопротивления кожи от ее влажности . . . . . . . . . . . 10 . . . . . . . . . .

Работа № 3. Изучение зависимости сопротивления живой ткани от частоты переменного тока на примере эквивалентной схемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Оптика.

Работа № 4. Опытная проверка закона освещенности. . . 19

Работа № 5. Определение с помощью микроскопа размеров эритроцитов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Работа № 6. Определение процентного содержания сахара в водном растворе с помощью поляриметра. . . . . . . . . . 29

Работа № 7. Опытная проверка закона Бугера-Бера. . . . 35

Работа №1

Определение температуры тела с помощью термопары и термодатчика.

Теоретическое введение

Для диагностики ряда заболеваний необходимо измерять температуру тела животных. Кроме обычных термометров это можно сделать с помощью термопар и термодатчиков.

Термопара представляет собой два проводника из различных металлов (Ме₁,Ме₂) или сплавов, сваренных на концах - точки 1 и 2 (рис.1).

Рис. 1

Если температуры спаев термопары Т₁ и Т₂ различны, то в термопаре возникает термоэлектродвижущая сила Е, т.е. термопара становится источником тока. Термо-ЭДС пропорциональна разности температур (Т₁-Т₂) между спаями:

Е= α(Т₁-Т₂),

где α- коэффициент, зависящий от природы металлов и температурного диапазона.

Термо-ЭДС можно измерить с помощью вольтметра, если разорвать один из проводников и подключить вольтметр к точкам 3, 4 (рис.1).

Измерить разность температур с помощью термопары можно и другим способом, если вместо вольтметра между точками 3 и 4 включить микроамперметр. В этом случае под действием термо-ЭДС в электрической цепи пойдет электрический ток I:

, где

R-полное сопротивление цепи (сопротивление термопары и микроамперметра).

Как видим, зависимость I от (Т₁-Т₂) является линейной (рис.2).

Рис. 2

Если температура второго спая Т₂ является постоянной ( в нашем случае – комнатной Т_к), то, измерив силу тока термопары I, можно определить соответствующую ей разность температур (Т₁’-Т_к’) и температуру тела, находящегося в тепловом контакте со спаем 1.

Термодатчик представляет собой полупроводниковое сопротивление, величина которого уменьшается с увеличением температуры. Рассмотрим, с чем связана такая зависимость. Атомы в кристалле полупроводников связаны между собой с помощью электронов внешней электронной оболочки. При тепловых колебаниях атомов тепловая энергия распределяется между электронами, образующими связи, неравномерно. Отдельные электроны могут получать количество тепловой энергии, достаточной для того, чтобы "оторваться" от своего атома и получить возможность свободно перемещаться в кристалле, то есть стать потенциальными носителями тока (по-другому можно сказать, что они переходят в зону проводимости). Такой уход электрона нарушает электрическую нейтральность атома, у него возникает положительный заряд, равный по величине заряду ушедшего электрона. Это вакантное место называют дыркой (Рис. 3).

Рис. 3

Так как вакантное место может быть занято электроном соседней связи, дырка также может перемещаться внутри кристалла и являться уже положительным носителем тока. Естественно, что электроны и дырки при этих условиях возникают в равных количествах. Таким образом, не только свободные электроны, но и дырки хаотически движутся, при наложении внешнего электрического поля на хаотическое движение зарядов накладывается упорядоченное движение свободных электронов и дырок.

Концентрация свободных электронов и дырок в полупроводнике является постоянной, если не меняется температура. Повышение температуры полупроводника ведет к тому, что двойные электронные связи чаще рвутся, увеличивается концентрация свободных электронов и дырок. Увеличение концентрации носителей электрического тока ведет к увеличению силы тока, что эквивалентно уменьшению сопротивления полупроводника. По силе тока I, сопротивлению R или падению напряжения U на полупроводниковом сопротивлении можно судить о его температуре. Таким образом, как термопара, так и термодатчик позволяют измерять температуру, в частности температуру тела животных. Термопара и термодатчик имеют преимущества перед обычными термометрами:

а) с их помощью можно определять температуру на расстоянии,

б) поскольку масса термодатчика или спая термопары мала, тепловое равновесие при измерении температуры устанавливается быстрее, следовательно, быстрее производится измерение температуры,

в) термодатчики и термопара механически более прочны, чем обычные термометры.

В настоящей работе о температуре судят по силе тока, проходящего через термопару, или падению напряжения на термодатчике. При этом используются электрические схемы, приведенные на рисунках (1) и (4).

Рис. 4.