- •Министерство Образования и науки Российской Федерации
- •Основы теории обработки результатов.
- •Погрешности измерения.
- •Модуль 1. Механика Лабораторная работа №2 «Определение ускорения свободного падения»
- •Краткая теория
- •2. Описание установки. Порядок выполнения работы.
- •Протокол лабораторной работы №2.
- •Список рекомендуемой литературы
- •Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы а. Проверка правильности соотношения
- •Б. Проверка правильности соотношения
- •Вопросы для самопроверки к работе №3
- •2. Порядок выполнения работы.
- •Протокол лабораторной работы №4.
- •2.Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №5
- •Понятие температуры
- •Уравнение Клапейрона–Менделеева и изопроцессы
- •2. Описание прибора
- •3. Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №6.
- •Вопросы для самопроверки к работе №6
- •Список рекомендуемой литературы
- •1. Описание установки.
- •1. Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №7
- •Вопросы для самопроверки к работе №7
- •2. Порядок выполнения работы.
- •Протокол лабораторной работы №8
- •Вопросы для самопроверки к работе №8
- •Порядок выполнения работы.
- •Данные установки
- •Протокол лабораторной работы №9
- •Обработка результатов измерений
- •Прилагается к данной работе:
- •Порядок выполнения работы
- •Данные установки
- •Протокол лабораторной работы №10
- •Обработка результатов измерений
- •Вопросы для самопроверки к работе №10
- •Описание аппаратуры и порядок выполнения работы
- •Вопросы для самопроверки к работе №11
- •Порядок выполнения работы.
- •Описание метода измерения и установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •Протокол лабораторной работы №15
- •Вопросы для самопроверки к работе №15
- •Принцип Гюйгенса
- •Принцип Гюйгенса – Френеля
- •Метод зон Френеля
- •Дифракция от щели в параллельных лучах
- •Дифракционная решетка
- •Лабораторная установка и порядок проведения работы
- •Часть I
- •Часть II
- •Протокол лабораторной работы №24
- •Вопросы для самопроверки к работе №24
- •Поляризация при отражении и преломлении
- •Поляризация при двойном лучепреломлением
- •Поляризационная призма Николя
- •Закон Малюса
- •Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №25
- •Внешний фотоэффект, законы Столетова.
- •Внешний фотоэффект и волновая теория света
- •Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
- •Внутренний фотоэффект
- •Типы фотоэлементов
- •Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №28
- •Вопросы для самопроверки к работе №28
- •Дисперсия света
- •Сериальные формулы
- •Ядерная модель строения атома по Резерфорду
- •Затруднения теории Резерфорда
- •Понятие о квантах и постоянная Планка
- •Постулаты Бора
- •Волны де Бройля
- •Линейчатые спектры по теории Бора
- •Энергетические уровни в атоме
- •Вывод расчетной формулы
- •Описание установки и порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №26
- •Протокол лабораторной работы №30 Вопросы для самопроверки к работе №30 Список рекомендуемой литературы
- •Правила оформления результатов выполнения заданий по каждой работе Лабораторного практикума
Обработка результатов измерений
Определить по ртутному термометру температуру воздуха к лаборатории и принять её равной температуре воздуха на входе в калориметр Твх.
По табл. 2 определить термо–ЭДС Евх хромель алюминевой термопары, соответствующую Твх.
Прибавляя к каждому измеренному значению , значениеЕвх, определить по табл. 2 температуру воздуха на выходе из калориметра Твых.
Рассчитать разность температур воздуха на выходе и входе калориметра , записать полученное значение в табл. 1.
Рассчитать , записать полученные значения в табл. 1.
По полученным данным построить график линейной зависимости .
Провести оптимальную прямую через набор экспериментальных точек.
Определить тангенс угла наклона оптимальной прямой по формуле:
(6)
Рассчитать удельную теплоёмкость воздуха при постоянном давлении
(7)
Градуированная характеристика хромель–копелевой термопары (по СТ СЭВ 1059–79) (табл. 2).
Прилагается к данной работе:
В качестве данных установки может быть задан массовой расход воздуха, который является постоянным в течении всего опыта.
Вопросы для самопроверки к работе №9
В чём отличие газов от твёрдых и жидких тел? Какими основными параметрами определяется состояние газа?
Какую величину определяют в работе?
Дайте определение теплоёмкостей (удельной, молярной). Что такое и?
Напишите уравнение Майера и I начало термодинамики для изобарного процесса.
Список рекомендуемой литературы
1. Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л. Основы физики. – М.: Высшая школа, 2009.
2. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2010.
Материально–техническое обеспечение
Установка для лабораторной работы по молекулярной физике «Определение удельной теплоёмкости воздуха при постоянном давлении»
Лабораторная работа №10.
«Определение коэффициента теплопроводности методом нагретой нити»
1. Краткая теория.
Движение молекул газа в термодинамической равновесной системе полностью хаотична. Из основных представлений кинетической теории следует, что газы испытывают в 1 секунду порядка столкновений (соударений). Число столкновений (среднее) за 1с
,
где d – эффективный диаметр молекул газа;
n – концентрация (т.е. число молекул в единице объёма); ;
–средняя арифметическая скорость молекул.
Расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными соударениями называется средней длиной свободного пробега
;
В газах и жидкостях вследствие хаотичного движения молекул происходит необратимый процесс переноса различных физических величин. Эти явления объединяются общим названием «явления переноса».
I. Перенос массы от мест с более высокой концентрацией молекул к местам с более низкой концентрацией называют диффузией.
Эта масса определяется уравнением:
Здесь – площадка, нормальная к потоку, продиффундирующему через неё массыМ;
–время движения молекул через площадку ;
–градиент концентрации; ;– масса молекулы газа;
Д – коэффициент диффузии: .
II. Перенос энергии происходит вследствие хаотичного движения молекул из областей с более высокой температуры и обладающих большей энергией () в области с более низкой температурой. Этот процесс называетсятеплопроводностью. Перенос энергии определяется уравнением
где Q – количество теплоты, перенесённое через изотермическую площадку за время;
–градиент температуры;
х – коэффициент теплопроводности.
;
–удельная изохорическая теплоёмкость.
При движении тела в вязкой среде возникает сопротивление этому движению. При малых скоростях и обтекаемой форме тела сопротивления обусловлена вязкостью жидкости. Слой жидкости, непосредственно прилегающий к твёрдому телу, прилипает к его поверхности и увлекается им. Следующий слой увлекается за телом с меньшей скоростью. Таким образом, между слоями возникают силы внутреннего трения.
При падении шарика радиуса r в вязкой жидкости, находящеёся в мензурке (рис. 1), на него действует две противоположно направленные силы. Одна из них f обусловлена гравитацией за вычетом выталкивающих (архимедовой) силы. Другая сила F обусловлена внутренним тернием. Из теории следует, что
(1)
(2)
где – коэффициент вязкости (или внутреннего трения);
–плотность вещества шарика;
–плотности жидкости;
g – ускорение силы тяжести;
–скорость шарика.
Цель работы: Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности воздуха, находящегося вокруг нагретой электрическим током нити. В работе определяется электрическая мощность, выделяемая в нити, и температура нити.
Схема модуля №3. схема измерений.
Нагреваемая вольфрамовая проволока – нить находится в цилиндрическом стеклянном баллоне с двойными стенками, между которыми залита вода. Температура воды в баллоне и, следовательно, температура стенки Тс трубки постоянна в течении опыта. Баллон с нитью укреплён в модуле №3, внешний вид которого показан на рис. 4. На панели модуля расположены: 1 – табличка с названием работы; 2 – баллон с нитью; 3 – гнёзда для подключения источника питания; 4 – гнёзда для подключения вольтметра (мультиметра); 5 – тумблер объектов измерения.
При нагревании нити, вдоль радиуса трубки создаётся градиент температуры. Площадь, через которую передаётся тепло, равна площади поверхности цилиндра, коаксиального с нагретой нитью. При этом можно записать:
(1)
где l – длина цилиндра радиуса r.
Из (1) можно определить мощность теплового потока через внутреннюю цилиндрическую поверхность трубки радиуса .
(2)
где – радиус нити,ТН – температура нити.
Опыт проводится при постоянной температуре трубки, равной Тс. При этом увеличение электрической мощности, выделяемой в нить, на величину d Р приводит к возрастанию её температуры на d ТН. Поэтому из (2) следует:
(3)
Так как вблизи нити теплопроводность воздуха определяется температурой нити, то в (3) величина (ТН) относится к температуре нить ТН. При возрастании температуры нити на d ТН, дополнительный перенос тепловой мощности d Р от нити к стенке трубки определяется только теплопроводностью слоя воздуха вблизи нити. Из соотношения (3) получим:
(4)
Для определения производной необходимо знать зависимость , которую находят по экспериментальным данным. Мощность теплового потоканаходится по напряжению, измеренному на нити, и току, текущему через образцовое сопротивлениеи нить. Для определения тока измеряется напряжение на образцовом сопротивление. Температура нити определяется из соотношения:
(5)
где – сопротивление нити при, (Ом);– сопротивление нити при температуре опыта, (Ом);– температурный коэффициент сопротивления материала нити, (1/град.). Формула (4) позволяет по найденной экспериментальной зависимостиопределить.
Дифференцируя (5) получаем:
(6)
Подставляя d ТН из (6) в (4), получаем:
(7)
Формула (7) позволяет использовать график зависимости для нахождения производной.