Инструкция по технике безопасности

Общие правила безопасности при работе в лабораториях:

1. не трогайте, не включайте и не выключайте без разрешения руководителя или старшего лаборанта рубильники и другие приборы;

2. немедленно сообщите руководителю или старшему лаборанту о замеченных неисправностях и нарушениях правил техники безопасности;

3. при работе в лаборатории выполняйте только ту работу, которая вам поручена. Категорически запрещается проводить другие работы;

4. во время выполнения задания не ходите без дела по лаборатории, так как этим вы отвлекаете внимание коллег и оставляете без наблюдения свою работу, что может повлечь за собой несчастный случай;

5. если с вами или с вашим коллегой произошел несчастный случай, немедленно сообщите об этом руководителю или старшему лаборанту;

6. по окончании работы приведите в порядок свое рабочее место, после чего заявите старшему по лаборатории об окончании работы, и только после этого можете оставить лабораторию.

Правила безопасности при работе в физических и электромеханических лабораториях

Поражение людей электрическим током может произойти как при высоком, так и при низком напряжении. Поражение током при низком напряжении происходит в ряде случаев со смертельным исходом.

Объясняется это тем, что многие исполнители работ при обслуживании электроустановок низкого напряжения пренебрегают правилами техники безопасности, ошибочно считая опасным для жизни только высокое напряжение.

Опасны токи как высокого, так и низкого напряжения.

Большое значение в случае поражения человека электрическим током имеют окружающие условия. В зависимости от окружающих условий изменяется и величина опасного напряжения для человека.

По степени опасности поражения людей электрическим током помещения разделяются на три группы:

1. помещения без повышенной опасности;

2. помещения с повышенной опасностью;

3. помещения особо опасные.

К помещениям без повышенной опасности относятся:

• сухие помещения (относительная влажность воздуха в которых не выше );

• отапливаемые помещения (температура воздуха от до);

• помещения с токонепроводящим полом (сухой, не загрязнённый, деревянный, асфальтовый);

• помещения, в которых отсутствует токопроводящая пыль;

• помещения, в которых коэффициент заполнения металлическим оборудованием не превышает 0,2 части площади пола помещения.

К помещениям с повышенной опасностью относятся помещения, отвечающие одному из следующих признаков:

• наличие влажности или сырости (относительная влажность воздуха превышает );

• наличие металлических, земляных, кирпичных токопроводящих полов;

• температура воздуха выше 30 градусов;

• наличие токопроводящей пыли;

• коэффициент заполнения металлическим оборудованием превышает 0,2 части площади пола при наличии возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам приборов, с другой стороны.

К особо опасным помещениям относятся помещения, отвечающие одному из следующих признаков:

• наличие сырости с относительной влажностью воздуха, близкой к , при которой потолок, стены, пол и предметы покрыты влагой (например, гидрофизические лаборатории);

• наличие химически активной среды, то есть такие помещения, в которых по условиям производства постоянно или длительно содержаться газы, пары или отложения пыли, которые могут влиять на электрическую изоляцию;

• одновременное наличие двух или более признаков повышенной опасности.

Для различных помещений, в зависимости от их групп, приняты напряжения, превышение которых считается опасным для жизни человека:

а) в помещениях без повышенной опасности - ;

б) в помещениях с повышенной опасностью - ;

в) в особо опасных помещениях - .

При организации учебных и научно-исследовательских работ в физических и электромеханических лабораториях необходимо выбирать помещения без повышенной опасности, принимать специальные меры защиты, предупреждающие появление опасных напряжений.

Во всех случаях должно быть обеспечено правильное выполнение защитного заземления корпусов электрооборудования и приборов.

Расположение рабочих мест должно быть таково, чтобы исключать возможность одновременного прикосновения к корпусам электрооборудования и приборов, с одной стороны, и к трубам водопровода, газопровода, паропровода, с другой стороны.

Помните

1. Электрический ток напряжением выше 12 В при работе в гидрофизических и других лабораториях при особо опасных условиях (мокрый пол, высокая температура), при одновременном соприкосновении с землей и с одной из фаз электросети опасен для жизни. В лабораториях с повышенной влажностью и тепловыделением пользуйтесь переносными светильниками с пониженным напряжением (менее 12 В), различного рода электротехнические работы выполняйте проводами с надежной изоляцией.

2. Прикосновение к корпусам электрооборудования, кабелю и проводам безопасно только при исправной изоляции. При повреждённой изоляции ток может пройти в землю через корпус и через тело прикоснувшегося человека. Тщательно следите за исправностью изоляции проводов и оборудования. Немедленно сообщайте о замеченных неисправностях.

3. Для защиты от поражения электрическим током корпуса оборудования и трансформаторы заземляются. При наличии правильно выполненного и исправного заземления прикосновение к металлическим корпусам, станинам, оболочкам кабелей безопасно. Однако при одновременном прикосновении к токоведущим частям оборудования, находящегося под напряжением, и заземлённым корпусам и предметам опасность поражения электрическим током не только остаётся, но даже возрастает. Правильно выполненное и исправное заземление предохраняет от поражения электрическим током при замыкании на корпус. В процессе работы не отключайте и не обрывайте провод защитного заземления.

СТРОГО ВОСПРЕЩАЕТСЯ

1. Включать электротехнические приборы, силовые и осветительные рубильники без разрешения руководителя.

2. Выключать силовые и осветительные рубильники без разрешения руководителей.

3. Включать исследуемую электрическую схему под напряжение без предварительной проверки и разрешения руководителя.

4. Производить переключения в схемах, находящихся под напряжением.

5. Оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением.

6. Заходить за ограждения.

7. Протягивать руки за ограждения.

8. Работать с незаземлённым электрооборудованием.

9. Снимать и перевешивать предупреждающие и запрещающие плакаты.

Высоковольтные экспериментальные установки

Высоковольтные установки, применяемые в учебном процессе, при научно-исследовательских работах и при выполнении дипломных работ, представляют повышенную опасность электротравматизма. Поэтому все лица, обучающиеся и работающие в лаборатории, обязаны твердо знать и строго соблюдать требования техники безопасности к установкам высокого напряжения, инструкции по технике безопасности, назначение и устройство защитных приспособлений, а также правила освобождения пострадавшего от действия тока и оказания ему первой помощи.

При работе с высоковольтными установками недопустимо присутствие в помещении лаборатории посторонних и случайных лиц.

Студенты, не получившие зачет по технике безопасности и, поэтому, не имеющие права самостоятельно работать, к работе в лабораториях на установках высокого напряжения не допускаются.

Работа на установках высокого напряжения должна проводиться не менее чем двумя лицами, одно из которых должно иметь квалификацию не ниже 4 группы, дающей право на производство самостоятельной работы на установках высокого напряжения. На это лицо возлагается ответственность за соблюдение всех правил техники безопасности при работе с высоковольтной установкой.

Один человек не имеет права выполнять работы на установках высокого напряжения.

Действующая высоковольтная установка должна обеспечить во всех случаях безопасное выполнение работ. Для этой цели служат ограждения, защитное заземление, заземляющие или закорачивающие штанги, блокировки, сигнализация, два видимых разрыва (рубильники) в цепи питания установки высокого напряжения, предупреждающие и запрещающие плакаты.

В каждой высоковольтной лаборатории должна быть общая инструкция по технике безопасности при работе с высоковольтными установками, составленная с учётом специфики помещений и условий работы в данной лаборатории. Кроме того, каждая высоковольтная установка должна иметь свою специально составленную инструкцию по технике безопасности.

Инструкция содержит:

1. Порядок включения и выключения установки.

2. Перечень запрещённых действий.

3. Краткое описание защитных средств и норм (ограждение, заземление, блокировка и т.д.) и правила их использования.

4. Действия в аварийных случаях.

Часто меняющаяся обстановка в лаборатории обязывает не полагаться на защитное устройство, а всякий раз, прежде чем приступить к работе, убедиться в:

• наличии инструкции по технике безопасности для данной установки;

• в исправности заземления, ограждений и правильности их установки;

• в наличии предупреждающих плакатов;

• в отсутствии людей за ограждением.

Включая высокое напряжение (после разрешения руководителя), необходимо предварительно громко предупредить: «ВКЛЮЧАЮ ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ».

В процессе работы при включенной установке категорически запрещается:

• заходить за ограждения;

• передвигать ограждения;

• протягивать руки за ограждение;

• закорачивать или отключать блокировочные устройства;

• снимать запрещающие или предупреждающие плакаты;

• оставлять установку, находящуюся под напряжением, без присмотра.

После выключения напряжения, прежде чем подойти к оборудованию, необходимо заземлить части установки бывшие или могущие быть под высоким напряжением. Работающий с высоким напряжением должен помнить, что отключенный рубильник и наличие блокировки не свидетельствует об отсутствии напряжения на элементах установки.

На конденсаторах остается заряд, разряд конденсатора может нанести травму, даже смертельную. Поэтому конденсаторы должны быть разряжены, а затем заземлены.

Напряжение должно быть снято и установка заземлена, если возникают сомнения в исправности установки или защитных средств. При временном прекращении работы, переключениях в схеме и ремонтных работах установка должна быть отключена от источника питания, а на рубильнике вывешен плакат - «НЕ ВКЛЮЧАТЬ, РАБОТАЮТ ЛЮДИ».

После окончания работы необходимо:

1. Заземлить части установки бывшие или могущие быть под высоким напряжением.

2. Снять предупреждающие и запрещающие плакаты.

3. Принять меры к предупреждению случайного (ошибочного) включения установки под напряжение.

Дополнительные сведения по вопросам безопасности работ

Ограждения

Как постоянные, так и временные ограждения применяются для предохранения сотрудников лаборатории и студентов от случайного прикосновения и недопустимого приближения к токоведущим частям экспериментальных установок и электрической проводки.

Постоянные ограждения применяются в установках, которые постоянно или большую часть времени находятся под напряжением. Такие ограждения изготовляются цельными или сетчатыми (высотой не менее 1,6 м) и должны надёжно прикрепляться к полу и к стенам. Металлические ограждения заземляются;

Временные ограждения выполняются в виде деревянных каркасов - ширм. Изготовляются они из сухого дерева. Поверхность ширм может быть сплошной или решетчатой. Ширма должна быть прочной, удобной, легкой и исключать возможность опрокидывания. Высота ширмы - 1,6 м, нижний край ее находится от пола не более чем на 10 см. Ширма легко передвигается усилием одного человека. После окончания работ, для того, чтобы не загромождать помещение лаборатории, ширмы убираются.

Ограждения устанавливаются от оборудования и шин высокого напряжения на безопасном расстоянии, зависящем от максимального напряжения высоковольтной установки. При отсутствии сплошного ограждения, выбранное по напряжению защитное расстояние необходимо увеличить на длину вытянутой руки (50 - 70 см).

Защитное заземление и зануление

В электрических установках возможны случаи, когда металлические конструктивные части, нормально не находящиеся под напряжением, получают по различным причинам потенциал, отличный от потенциала «земли».

Прикосновение к частям оборудования под таким потенциалом вызовет прохождение через тело человека тока, могущего представлять опасность для жизни человека. Поэтому для обеспечения безопасности людей, работающих с электрическими установками, требуется выполнять защитное заземление или зануление.

Защитным заземлением называется соединение с заземлителем металлических, изолированных от напряжения частей электроустановок (рис. 1, а).

При повреждении изоляции оборудования или замыкании сети на корпус заземленного оборудования, ток проходит через заземление на землю. Это обеспечивает снижение напряжения прикосновения до безопасной величины.

Защитное заземление применяется в сетях, не имеющих глухого заземления нейтрали, и во всех установках высокого напряжения.

В осветительных и силовых сетях с рабочим напряжением до 1000 В, работающих с глухим заземлением нейтрали, вместо защитного заземления применяется защитное зануление (рис. 1, б).

Применение в одной и той же сети зануления для одних частей обрудования и заземления для других не допускается.

П

а) б)

Рис. 1 Защитное заземление а) и зануление б)

ри монтаже контура защитного заземления или зануления необходимо руководствоваться существующими нормами и правилами для этих работ.

Поражение человека электрическим током зависит от тока, напряжения, состояния организма, окружающей среды и обстановки в рабочем помещении. В зависимости от данных условий изменяется и величина опасного для человека напряжения. Поэтому во всех случаях должно быть обеспечено правильное выполнение защитного заземления корпусов оборудования. Расположение рабочих мест должно исключать одновременное прикосновение к токоведущим частям оборудования и приборов, с одной стороны, и к трубам водопровода, паропровода, газопровода, с другой.

Заземление или зануление выполняется:

• при напряжении выше 150 В по отношению к земле, во всех производственных помещениях независимо от условий окружающей среды;

• при напряжении от 65 до 150 В по отношению к земле:

1. во всех особоопасных помещениях;

2. в помещениях пожаро- и взрывоопасных;

3. в наружных установках.

Заземлению или занулению подлежат: металлические корпуса трансформаторов, электрических машин, распределительных щитов, аппаратов и кабельных муфт, металлические оболочки и металлические защитные трубы проводов, кабелей и др.

Заземлению или занулению не подлежат при напряжении выше 250 вольт по отношению к земле:

• электрооборудование и оболочки кабелей, находящиеся в помещении без повышенной опасности или находящиеся на недоступной высоте и обслуживаемые с деревянных лестниц, при условии, если исключается возможность одновременного прикосновения к другим заземленным предметам (трубы, оболочки кабелей и т.д.);

• корпуса измерительных приборов, реле и т.п., установленные на щитках;

• кабельные конструкции, на которых лежат заземлённые кабели и оболочки контрольных кабелей.

Переносное заземление является обязятельной мерой защиты работающих от:

• случайного появления напряжения на месте работы;

• поражения зарядом с высоковольтных конденсаторов.

Для переносного заземления должен применяться медный многожильный провод без изоляции.

Сечение провода переносного заземления выбирается в зависимости от мощности установки. На импульсных генераторах и на других установках, где, несмотря на большие напряжения, незначительная сила тока или очень мала длительность тока, сечение переносного заземления берется из условий его механической прочности.

При ремонтных и монтажных работах в экспериментальных установках, после проверки отсутствия напряжения и в случае освобождения отключенных частей установки от остаточного заряда (конденсаторы, емкость линии), на отключенные токоведущие части накладывается заземление. При этом переносное заземление должно быть сначала подключено к земле (к контуру заземления), а затем оно накладывается на выводы оборудования, подлежащего заземлению. Снятие переносного заземления производится в обратном порядке.

Заземляющая штанга

Заземляющая штанга используется как дополнительный заземлитель независимо от срабатывания электрической и механической блокировки. Заземляющая штанга должна иметь хорошо изолированную от металлического наконечника ручку, длина которой зависит от напряжения установки. Наконечник штанги надежно соединяется медным канатиком без изоляции с контуром заземления. Заземляющую штангу накладывают на элементы схемы, находившиеся ранее под напряжением (конденсаторы и т.п.). Перед применением штанга должна быть осмотрена.

Блокировки

Электрическая блокировка служит для автоматического размыкания первичной цепи питающего трансформатора при открывании дверцы ограждения электротехнической установки.

Механическая блокировка служит для автоматического заземления частей установки, находящихся или находившихся под высоким напряжением, срабатывает при открывании дверцы ограждения. Блокирующие устройства устанавливаются таким образом, чтобы они хорошо были видны исполнителю работ.

Независимо от блокировочных устройств, в схеме и при монтаже цепи питания электротехнической установки предусматривается два разрыва (два последовательно включенных рубильника). Это делается для того, чтобы предупредить случайное включение высоковольтной установки, что вполне возможно при одном рубильнике.

Сигнализация

В цепь питания установок подключается сигнальная, окрашенная в красный цвет, лампа (лампочка или светодиод на приборной панели экспериментальной установки). Такой индикатор предупреждает обслуживающий персонал и студентов о том, что установка находится под напряжением. Не горящий сигнальный индикатор не всегда указывает на отсутствие напряжения в установке (индикатор перегорел). Сигнальные лампы высоковольтной установки помещаются также перед входом в помещение лаборотории или в хорошо видном месте над ней.

Перед подачей высокого напряжения с пульта управления на короткий промежуток времени включается звуковая сигнализация - сирена.

На высоковольтных установках должна быть установлена как световая, так и звуковая сигнализации.

Плакаты

Плакаты подразделяются на следующие группы:

• предостерегающие;

• запрещающие;

• разделяющие;

• напоминающие.

Плакаты применяются как постоянные, так и переносные. Предостерегающие постоянные плакаты: «ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ - ОПАСНО ДЛЯ ЖИЗНИ», «НЕ ТРОГАТЬ - СМЕРТЕЛЬНО» - вывешивают на постоянно действующем высоковольтном оборудовании.

Подготовка к лабораторным работам и их оформление

Для обдуманного и качественного выполнения лабораторной работы студент должен приходить на занятия по физическому практикуму подготовленным.

В тетради должно быть:

• указан номер лабораторной работы;

• написана тема;

• изложена цель работы;

• перечислено необходимое для выполнения работы оборудование;

• кратко изложена теория работы и ее ход выполнения;

• выведены расчетные формулы, т.е. формулы, выражающие искомые величины через непосредственно измеряемые и табличные;

• нарисована схема экспериментальной установки;

• подготовлены таблицы для экспериментальных данных.

В лаборатории студент выполняет следующие действия:

• изучает методические материалы по теме работы;

• получает допуск к проведению экспериментальных исследований после собеседования с преподавателем по материалам методических пособий, знанию темы и лабораторной установки;

• начинает работу с установкой под руководством инженера или лаборанта (категорически запрещается включать приборы самостоятельно, см. инструкцию по технике безопасности);

• проводит измерения согласно полученным заданиям;

• записывает измерения в соответствующие таблицы;

• производит вычисления искомых величин по расчетным формулам;

• оценивает точность полученных результатов (определяет величину абсолютной и относительной ошибки прямых и косвенных измерений);

• записывает результат эксперимента в виде

,

где - искомая физическая величина,- среднее арифметическое значение величины,- погрешность измерения;

• формулирует и записывает вывод по работе;

• представляет оформленную лабораторную работу преподавателю;

• отвечает на теоретические вопросы по теме и показывает знания экспериментальной установки для получения зачета по данной лабораторной работе и допуска к выполнению следующей.

Если в лабораторной работе содержится несколько заданий, то каждое из них оформляется в тетради отдельно.

Все таблицы должны быть записаны в тетради аккуратно и четко, с указанием множителя и единиц измерения (в заголовке таблицы).

Все графики должны строиться в тетради. Возможен вариант построения графика на миллиметровой бумаге или в виде распечатки принтера, с последующим вклеиванием его на соответствующий по отчетности оформления лист тетради.

Черновые записи в лабораторной тетради не ведутся, для этого должна быть выделена отдельная рабочая тетрадь.

Работы, оформленные не в соответствии с перечисленными выше правилами, не принимаются и подлежат переоформлению.

Графический метод представления результатов эксперимента

В ряде задач результаты эксперимента удобно, а иногда и необходимо, представить в виде графической зависимости между величинами. График дает наглядное представление о взаимосвязи изучаемых величин, позволяет более наглядно проводить сравнение экспериментальных данных с теоретической кривой.

Графический метод дает возможность установить эмпирическую зависимость между величинами, позволяет находить промежуточные (не определенные экспериментально) значения функции и установить аналитический вид зависимости (путем сравнения экспериментального графика с графиками известных функций).

Для построения графика нужны данные, т.е. необходима таблица экспериментальных данных, в которую входят значения физических величин, между которыми ищется функциональная связь.

Размер листа бумаги для графиков должен выбираться из соображений соизмеримости с листом тетради (т.е. не быть большим или очень малым). По горизонтальной оси (ось абцисс) откладывается независимая переменная, а по вертикальной (ось ординат) – величина, которая определяется в процессе эксперимента. Точки пересечения соответствующих абцисс и ординат, полученные на координатном поле, соединяют плавной кривой (в первом приближении). Эта кривая является графиком.

Качество графика зависит от ряда факторов, в частности от выбора начала координат, например, если в эксперименте сопротивление изменяется от до, то не следует с началом координат сопоставлять значение. Поэтому, перед построением графика надо внимательно изучить таблицу экспериментальных данных.

Важнейшую роль при построении графиков играет выбор масштаба. Масштаб должен быть простым и выбираться так, чтобы график занимал все координатное поле. Удобно выбирать масштаб так, чтобы единице его длины соответствовала целая часть измеряемой величины.

Лабораторная работа №1

Измерение длин. Обработка результатов измерений

Оборудование: штангенциркуль, микрометр, образцы тел для измерений.

Теоретическая часть

Для измерения линейных размеров тел применяется масштаб и нониус. В качестве масштаба выступает линейка, разделенная чаще всего на сантиметры и миллиметры.

Нониусом называется дополнительное приспособление к обычному масштабу, позволяющее повысить точность измерения.

Л

Рис. 1 Линейный масштаб и нониус

инейный нониус (рис. 1) представляет собой линейку, скользящую вдоль основного масштаба.

На нониусе (верхняя линейка на рис. 1) нанесено делений (в нашем случае). Их общая длина равнанаименьших делений основного масштаба.

Рассчитаем, во сколько раз одно деление нониуса больше деления основного масштаба. Можно написать

,

откуда

,

т.е. одно деление нониуса больше деления основного масштаба в раз. Пусть, например, на основном масштабе нанесены миллиметры, причем, тогда одно деление нониуса равномм (мм), т.е. деление нониуса больше деления основного масштаба намм. Это обстоятельство дает возможность измерять с помощью нониуса десятые доли делений масштаба. В самом деле, если совместить нулевое деление нониуса с каким-нибудь делением масштаба, то все остальные деления нониуса не будут совпадать с делениями основного масштаба (кроме последнего деления). Если сдвинуть нониус вправо так, чтобы первое деление нониуса совпадало с делением масштаба, то между ближайшим слева делением основного масштаба и нулевым делением нониуса образуется промежутокмм.

Если будет совпадать не первое, а -ое деление, то расстояние между нулевым делением нониуса и ближайшим слева делением масштаба будет враз больше, т.е..

Итак, отсчет с помощью основного масштаба и нониуса состоит в том, что:

а) отсчитывается - целое число делений масштаба до нулевого деления нониуса;

б) определяется, какое деление нониуса совпадает с делением масштаба.

Если совпадает -ое деление, то искомая длина равнаделений основного масштаба.

Ш

Рис. 2 Штангенциркуль

тангенциркуль. Штангенциркулем (рис. 2) измеряются линейные размеры тел небольших длин с точностью до десятых долей мм. Основной его частью является линейка с масштабом. Линейка снабжена двумя ножками – неподвижнойи подвижной, скрепленной с рамкой, на которой нанесены деления нониуса. Рамкаможет закрепляться на линейкес помощью винта. Если сдвинуть ножки циркуля вплотную, то нулевые деления нониуса и основного масштаба должны совпасть. Если между ножками прибора зажать измеряемый предмет, то его длину можно определить по масштабу и нониусу.

Прежде, чем пользоваться штангенциркулем, следует познакомиться с его нониусом, а именно нужно знать:

а) сколько делений имеет нониус;

б) скольким делениям масштаба соответствуют все делений нониуса;

в) рассчитать, на сколько одно деление нониуса меньше одного деления масштаба.

Зная последнюю величину, называемую точностью нониуса, можно производить измерения длины.

Диаметр цилиндрической выемки, внутренний диаметр трубы, а также размеры углубления можно измерить с помощью выступов (губок) штангенциркуля, расположенных противоположно ножкам и. В этих случаях отсчитывают показания по масштабу и нониусу, как указано выше, и прибавляют к нему суммарную ширину губок, которая указана на самом штангенциркуле. Штангенциркуль имеет выдвижную часть – стержень, жестко связанный с рамкой, который служит для измерения глубины выемок в теле. Чтобы измерить глубину выемки, совмещают конец линейкис наружным краем выемки и перемещают рамкудо тех пор, пока выступ стержняне дойдет до основания выемки. В этом положении закрепляют рамкуи производят отсчет по основному масштабу и нониусу.

М

Рис. 3 Микрометр

икрометр. Измерение небольших длин с точностью до тысячных долей мм обычно производится микрометром (рис. 3).

Микрометр состоит из стальной скобы , к которой присоединяется трубка, имеющая внутреннюю винтовую нарезку. При работе, микрометр держат так, чтобы скобабыла обращена к работающему, а трубкарасполагалась справа от нее.

В трубку входит винт, скрепленный с гильзойи выходящий наружу в виде стержня. Если шаг винта равенмм, то при одном обороте винт и связанная с ним гильзаперемещаются вправо или влево намм. Следовательно, расстояние между концом стержняи упоромможно отсчитать по положению гильзы.

На трубке нанесен масштаб, позволяющий отсчитать, на сколько целых делений отодвинулась гильзаот нулевого положения. На самой гильзе нанесены деления, дающие возможность оценить, на какое расстояние отошла гильзаот ближайшего целого деления слева на трубке. Если гильза по окружности разделена наделений, то при повороте гильзы на одно деление сама гильза перемещается поступательно намм.

Прежде, чем пользоваться микрометром, нужно проверить правильность его установки на нуль. Для этого поворачивают гильзу до тех пор, пока стерженьне коснулся упора. Завинчивание следует производить, пользуясь головкой, поворачивающейся с некоторым трением, что исключает возможность сильного нажима на измеряемый предмет и обеспечивает постоянный нажим при измерениях. Если конец стержнякасается вплотную упора, то в случае правильной установки прибора, обрез гильзыдолжен совпадать с нулевым делением основного масштаба и нулевое деление гильзыдолжно точно совпадать с нулевой чертой на трубке. После проверки правильности установки прибора следует:

а) определить шаг винта, т.е. расстояние, на которое перемещается винт и гильза за один оборот;

б) рассчитать, на какую долю миллиметра передвинется гильза при повороте на одно деление и приступить к измерениям.

Для определения длины тела, следует поместить его между выступами и, и вращать гильзупри помощи головкидо тех пор, пока измеряемое тело не будет зажато между выступамии. После этого отсчитать число целых делений на трубкедо гильзыи число делений, на которое повернулась гильза. Зная цену деления гильзы, подсчитать, на какую долю миллиметра отодвинута гильза от ближайшего левого деления на трубке. Сумма обоих отсчетов определит искомую длину.

Ход работы

Содержание работы заключается в изучении основных приборов для измерения сравнительно малых величин: штангенциркуля и микрометра. На основе этого предлагается провести измерения при помощи штангенциркуля и микрометра.

Задания к лабораторной работе

1. Изучить на модели линейного нониуса способ оценки при измерении длины целых и десятых долей цены деления масштаба. Изучить технические параметры штангенциркуля и его конструкцию, при этом определить: пределы измерений, точность нониуса.

2. Измерить диаметры проволок. Результаты измерений занести в таблицу. Для каждой проволоки своя таблица, оформленная по примеру табл. 1.

Таблица 1

№	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм
1.
2.
3.
4.
5.

Под каждой таблицей выписать окончательный результат измерений в виде

,

3. Измерить линейные размеры цилиндра при помощи штангенциркуля и определить его объем. Результаты измерений занести в таблицу 2.

Таблица 2

№	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм3	, мм3
1.
2.
3.
4.
5.

Выписать окончательный результат в виде

,

Вопросы

1. Сколько делений на нониусе.

2. Какова цена деления шкалы штангенциркуля?

3. Чему равна длина одного деления нониуса?

Литература

1. Чертов А.Г. Физические величины (терминология, определения, обозначения, размерности, единицы): Справ. пособие. – М.: Высш. шк., 1990. – 335 с.

2. Алиев Т.А. Экспериментальный анализ. – М.: Машиностроение, 1991. – 272 с.

Лабораторная работа №2

Изучение статистических закономерностей, возникающих при проведении измерений

Оборудование: прибор для измерения сопротивления резистивного провода FPM – 01.

Теоретическая часть

Погрешность измерений

Все физические законы установлены на основе экспериментов. Физический эксперимент, в свою очередь, основан на измерении тех или иных физических величин. Измерением называется процесс сравнения измеряемой величины с ее эталонным значением, принятым за единицу.

Несовершенство измерительных приборов и органов чувств человека, а также влияние различных, не учитываемых факторов, приводит к погрешности в измерениях. Поэтому, измерив некоторую физическую величину, необходимо знать, с какой точностью она измерена.

Погрешности измерений (ошибки) делятся на:

• случайные;

• систематические;

• промахи.

Промахи (грубые ошибки) обычно являются результатом недосмотра или низкой квалификации экспериментатора. При их обнаружении ошибочные результаты отбрасываются.

Систематические ошибки связаны с несовершенством приборов (например, неправильная шкала), а также влиянием посторонних факторов (например, влияние магнитного поля Земли при измерении магнитной индукции в соленоиде). Такие ошибки не могут быть исключены или уменьшены многократными измерениями. Однако, их можно проанализировать и скомпенсировать путем внесения поправок в результаты эксперимента.

Случайные ошибки обусловлены несовершенством органов чувств человека и влиянием различных случайных факторов, которые невозможно учесть заранее. Случайные ошибки могут отклонять результат измерений от истинного значения физической величины в обе стороны, то есть могут менять величину и знак от опыта к опыту. Уменьшить влияние случайных погрешностей и оценить их величину можно за счет многократного повтора измерений.

Учёт случайных ошибок

Пусть в результате большого числа измерений, получены следующие значения измеряемой физической величины :

. (1)

Среднеарифметическое значение величины равно:

. (2)

Среднеарифметическая погрешность вычисляется по формуле:

. (3)

Среднеквадратическая погрешность определяется по формуле:

. (4)

Грубая оценка интервала, к которому принадлежит истинное значение измеряемой величины, имеет вид:

. (5)

Недостатком оценки (5) является отсутствие данных о степени ее надёжности. В связи с этим, с помощью теории вероятностей получены более строгие, чем (5), оценки погрешности измерений.

Пусть измеренных значений величиныпринадлежат интервалу

. (6)

Составим отношение . Величина

(7)

есть вероятность того, что истинное значение измеряемой величины принадлежит интервалу (6). Поскольку, то вероятность удовлетворяет условию

. (8)

Гаусс предположил, что:

• ошибки разных знаков равновероятны;

• чем больше ошибка по абсолютной величине, тем меньше ее вероятность;

• число проделанных измерений достаточно велико;

• ширина интервала (6) достаточно мала.

При выполнении этих условий, как показал Гаусс, вероятность того, что истинное значение измеряемой величины принадлежит интервалу , может быть оценена по формуле:

, (9)

где функция имеет вид:

. (10)

Функция называетсяфункцией распределения Гаусса. Формула (9) тем точнее, чем меньше , и чем больше число измерений .

Полученные Гауссом результаты, позволили сформулировать и решить вопрос о погрешности измерений при влиянии случайных ошибок. Поставим вопрос следующим образом: указать тот интервал

, (11)

которому с заданной вероятностью (“надежностью”) принадлежит истинное значение измеряемой физической величины . Этот интервал называютдоверительным интервалом. Обычно в физическом практикуме задается надежность = 0,95 (95%). Ответ на этот вопрос следующий:

, (12)

где величина , называемая коэффициентом Стьюдента, зависит от числа измерений , а также от степени требуемой надежности. Эта величена протабулирована, см. таблицу 1.

Таблица 1.

Значения коэффициентов Стьюдента при различных надежностях и числе измерений

N	0,5	0,7	0,9	0,95	0,98	0,999
2	1,00	2,00	6,30	12,7	31,8	636,6
3	0,82	1,3	2,90	4,30	7,0	31,6
4	0,77	1,25	2,4	3,2	4,5	12,9
5	0,74	1,2	2,1	2,8	3,7	8,6
6	0,73	1,15	2,0	2,6	3,4	6,9
7	0,72	1,1	1,9	2,4	3,1	6,0
8	0,71	1,1	1,9	2,4	3,0	5,4
9	0,71	1,1	1,9	2,3	2,9	5,0
10	0,70	1,1	1,8	2,3	2,8	4,8
20	0,69	1,1	1,7	2,1	2,5	3,9
60	0,68	1,0	1,7	2,0	2,4	3,5
∞	0,67	1,0	1,6	2,0	2,3	3,3

Относительная ошибка определяется по формуле:

. (13)

Итак, алгоритм обработки результатов многократных измерений физической величины следующий:

1. Провести измерений и зафиксировать результаты единичных измерений.

2. По формуле (2) определить среднее арифметическое значение величины .

3. Вычислить отклонения единичных измерений от среднеарифметического значения по формуле: ,.

4. Вычислить величины ,.

5. Вычислить среднеквадратичную погрешность по формуле (4).

6. Задать надежность (обычно) и определить из таблицы 1 коэффициент Стьюдента для измерений.

7. Вычислить величину по формуле (12).

8. Предоставить результат в стандартном виде с указанием его надежности:

, ().

9. Вычислить относительную ошибку по формуле (13).

Погрешность косвенных измерений

Большинство физических величин измеряются не непосредственно, а вычисляются по определенным формулам. Например, удельное сопротивление материала , из которого изготовлен провод, находится по формуле:

,

где – сопротивление проводника,– его длина,– диаметр. Измерив,иможно вычислить.

Ответ на вопрос о том, как найти погрешность косвенно измеряемой величины, если известны погрешности для тех величин, через которые она вычисляется, можно получить, используя понятие частной производной и дифференциала функции многих переменных. Ограничимся случаем, когда косвенно измеряемая величина выражается через непосредственно измеренные величины по формуле:

где - любые числа. Относительная погрешность для величины может быть оценена по формуле:

. (14)

Через обозначено произведение

. (15)

Применим формулу (14) к вычислению погрешности нахождения удельного сопротивления из формулы (13):

, (16)

. (17)