Отчета к лабораторной работе
Отчет по лабораторной работе должен включать следующие разделы: 1. Название работы и дата выполнения. 2. Цели работы. 3. Перечень приборов и оборудования. 4. Краткое изложение теории методики измерений с выводами рабочих формул и рисунками, поясняющими физический смысл измерений. 5. Схема установки с записью ее параметров, необходимых для последующих расчетов (с указанием единиц измерения и погрешностей). 6. Экспериментальные результаты измерений должны быть представлены в виде таблиц, чисел, графиков - в соответствии с заданием, определенном в методической разработке к лабораторной работе. 7. Обработка результатов (пример расчета). 8. Вычисление погрешностей. 9. Анализ результатов: сравнение с табличными данными, с теорией, с данными других экспериментов, - с учетом погрешностей. 10. Выводы. 11. Литература ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ И РАЗМЕРНОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 1. Единицы измерения системы СИ. Законы физики устанавливают связь между физическими величинами, для чего эти величины необходимо измерять. Физическая величина – это свойство, общее в качественном отношении для многих веществ, фаз и систем, но индивидуальное в количественном отношении – в размере для конкретного вещества, фазы и системы. Размером физической величины конкретного вещества, фазы и системы называют количественное содержание в них свойства, соответствующее понятию физическая величина. Измерение есть действие, выполняемое с помощью средств измерения для нахождения значений физической величины в принятых единицах измерения. Значение физической величины – это оценка ее размера в виде некоторого числа в принятых для ее измерения единиц. Единицей измерения физической величины является заданная по размеру физическая величина, принятая в качестве основы для количественной оценки всех аналогичных физических величин. Данные единицы выбираются для нескольких независимых друг от друга физических величин и называются основными. Набор основных единиц измерений, способных выразить единицы всех физических величин, образуют Систему единиц. Остальные физические величины и их единицы, входящие в систему, но определенные через основные, называют производными. Выражение производных величин в основных величинах является размерностью физических величин. Размерность физической величины, как и сама величина, не зависят от выбора единиц измерения. Размерность производной физической величины представляет собой произведение размерностей основных физических величин, возведенных в соответствующие степени. Для обозначения размерностей используются прописные буквы латинского или греческого алфавита. В формулах размерностей символы размерностей основных физических величин следуют в порядке: LMTIQNJ (см.таб.) . В общем виде размерность любой физической величины Х может быть представлена равенством dim X = С 1963 года в СССР принята Международная система единиц СИ (SI), в которой используются семь основных единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела и две дополнительных – радиан и стерадиан. Метр (м) равен 1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p10 и 5d5 атома криптона-86. Килограмм (кг) равен массе платино-иридиевого цилиндра, хранящегося в Международном бюро мер и весов в Севре (Франция). Секунда (с) равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133. Ампер (А) равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывал бы на участке проводника в 1 м силу взаимодействия, равную 2 10-7 Н. Кельвин (К) равен 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Моль (моль)-количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. Кандела (кд) (свеча - устаревшее) равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 1012 Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Радиан (рад) равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. Стерадиан (ср) равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы. При описании физической величины также используются приставки, служащие для обозначения производных единиц метрических систем, кратных и дольных главной единице - метру. Таблица 1.1
2. Единицы измерения механических величин. Для измерений механических величин в системе СИ основными единицами являются метр, килограмм, секунда. Таблица 2.1. Размерности и единицы измерения некоторых геометрических и механических величин в системе СИ.
***Символы L, Т, М в системе СИ означают соответственно единицы длины, времени и массы. Нужно отметить, что нередко в научной и практической деятельности допускается применение внесистемных (принятые для измерения до 1963 года) единиц измерения.
Таблица 2.2 Внесистемные единицы и их связь с единицами системы СИ.
3.Единицы измерения тепловых величин. Для измерений механических величин в системе СИ основными единицами являются метр, килограмм, секунда и Кельвин. В качестве основных приняты абсолютная термодинамическая шкала температуры (Т0К) и стоградусная международная температурная шкала (t0C). Основной реперной точкой (точкой отсчета) первой шкалы в системе СИ является температура тройной точки воды, равная 273,16 К. Основными реперными точками второй шкалы - температуры плавления льда (00С) и кипения воды (1000С) при нормальном давлении (101325 н/м2). Допускается также использование внесистемных единиц, основанных на калории и эргах. Калория (международная) 1 кал = 4,1868 Дж. Термохимическая калория: 1 калтх = 4,1840 Дж. Эрг: 1 эрг = 10-7 Дж.
Таблица3.1. Размерности и единицы измерения некоторых молекулярных и тепловых величин в системе СИ.
***Символы L, Т, М в системе СИ означают соответственно единицы длины, времени и массы. 4.Единицы измерения электрических и магнитных величин. Для измерений электрических и магнитных величин в системе СИ основным единицами являются метр, килограмм, секунда и ампер. Допускается также использование внесистемной единицы энергии- электрон-вольта( эв ): 1эвс = (1,60210 + 0,00007) 10-19 дж. Таблица 4.1. Размерности и единицы измерения основных электрических и магнитных величин в системе СИ.
***Символы L, Т, М ,А в системе СИ означают соответственно единицы длины, времени, массы и электрического тока.
5. Единицы измерения фотометрических величин. Фотометрия-раздел оптики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его источников. В фотометрии используются следующие величины: энергетические (определяющие энергетические параметры источника оптического излучения) и световые (определяющие воздействие света на приемники оптического излучения). Для измерения световых величин в качестве основной единицы используется единица силы света - кандела (кд) и производные от нее - люмен (лм) и люкс (лк). Один люмен есть величина, равная световому потоку, испускаемому точечным источником света силой света в одну канделу внутри телесного угла в один стерадиан: 1 лм =1 кд∙ ср. Один люкс есть величина, равная освещенности поверхности, на один квадратный метр которой падает световой поток в один люмен : 1 лк = 1 лм/м2.
Таблица5.1. Единицы измерения основных фотометрических величин в системе СИ.
6. Некоторые единицы измерения в атомной и ядерной физике. Атомная единица массы ( а.е.м.) – 1/16 массы атома изотопа кислорода О16 : 1 а.е.м. = 1,6597∙ 10-27 кг. Унифицированная атомная единица массы ( у.а.е.м. ) – 1/12 массы атома изотопа углерода 6С12 : 1 у.а.е.м. = 1,6603 ∙ 10-27 кг. Барн – единица измерения эффективного сечения ядерных реакций : 1 барн =10-24 см2.
7. Универсальные физические постоянные. Ниже приведены значения констант, рекомендованные Генеральной ассамблеей Международного союза чистой и прикладной физики в Варшаве в сентябре 1963 года.
Давление атмосферное нормальное: ро =1 атм = 1,01325∙105 н /м2. Заряд элементарный: е= ( 1,60210 ± 0,00007 ) ∙ 10-19 к. Заряд удельный электрона: е / mе = ( 1,758796 ± 0,000019 ) ∙ 1011 к/кг. Комптоновская длина волны протона: λр = ( 1,32140 ± 0,00004 ) ∙ 10-15 м. λр / 2π =( 2,10307 ± 0,00006 ) ∙ 10-16 м. Комптоновская длина волны электрона: λе = ( 2,42621 ± 0,00006 ) ∙ 10-12 м. λе / 2π = ( 3,86144 ± 0,000019 ) ∙ 10-13 м. Магнетон Бора: µБ = ( 9,2732 ± 0,0006 ) ∙ 10-24 дж/тл. Магнетон ядерный: µяд = ( 5,0505 ± 0,0004 ) ∙ 10-27 дж/тл. Масса покоя нейтрона: mn =( 1,67482 ± 0,00008 ) ∙ 10-27 кг = ( 1,0086654 ± 0,0000013 ) у.а.е.м. Масса покоя протона: mp = ( 1,67252 ± 0,00008 ) ∙ 10-27 кг = ( 1,00727663 ± 0,0000024) у.а.е.м. Масса покоя электрона: me = ( 9,1091 ± 0,0004 ) ∙ 10-31 кг = ( 5,48597 ± 0,00009 ) у.а.е.м. Момент магнитный протона: µр = ( 1,41049 ± 0,00013 ) ∙ 10-26 дж/тл. µр / µяд = (2,79276 ± 0,00007). Момент магнитный аномальный электрона: µе / µБ – 1 = ( 1,159615 ± 0,000015 ) ∙ 10-3. Объем одного киломоля идеального газа при нормальных условиях: V0 = ( 22,4136 ± 0,0030) м3. Постоянная Больцмана: k = ( 1,38054 ± 0,00018 ) ∙ 10-23 Дж/ 0К Постоянная Вина: b = ( 2,8978 ± 0,0004 ) ∙ 10-3 м ∙ 0К Постоянная газовая: R = ( 8,3143 ± 0,0012 ) ∙ 103 Дж/(0К∙кмоль) Постоянная гравитационная: g = ( 6,670 ± 0,015 ) ∙ 10-11 м3/(кг∙с2) Постоянная зеемановского расщепления: µБ/(hc) = ( 46,6858 ± 0,0004 ) 1/(м∙Тл) Постоянная Планка: h = ( 6,6256 ± 0,0005 ) ∙ 10-34 Дж∙с Постоянная радиационная первая: с1 = 2πhc2 = ( 3,7405 ± 0,0003 ) ∙ 10-16 Вт∙м2 Постоянная радиационная вторая: с2 = hc/k =( 1,43879 ± 0,00019 ) ∙ 10-2 м∙0К Постоянная Ридберга: R¥/ = ( 1,0973731 ± 0,0000003 ) ∙ 107 1/м Постоянная Стафана-Больцмана: s = ( 5,6697 ± 0,0029 ) ∙ 10-8 Вт/(м2∙0К4) Постоянная тонкой структуры: a = ( 7,29720 ± 0,00010 ) ∙ 10-3 Постоянная магнитная: m0 = 4π∙10-7 Гн/м Постоянная электрическая: e0 = 107/(4πс2) Ф/м Радиус первой боровской орбиты: а0 = ( 5,29167 ± 0,00007 ) ∙ 10-11 м Радиус электрона классический: re = ( 2,81777 ± 0,00011 ) ∙ 10-15 м Скорость света в вакууме: с = ( 2,997925 ± 0,000003 ) ∙ 108 м/с Ускорение свободного падения стандартное: g = 9,80665 м/с2 Число Авагадро: NA = ( 6,02252 ± 0,00028 ) ∙ 1023 1/кмоль Число Фарадея: F = ( 9,64870 ± 0,00016 ) ∙ 107 к/(кг∙экв) Энергия покоя нейтрона: mnc2 = ( 939,550 ± 0,015 ) Мэв Энергия покоя протона: mpc2 = ( 938,256 ± 0,015 ) Мэв Энергия покоя электрона: mec2 = ( 0,511006 ± 0,000005 ) Мэв
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ При выполнении работ в лабораторном практикуме необходимо иметь четкие представления о принципах действия используемых приборов, их достоинствах и недостатках, а также уметь правильно выбрать предел измерения, рассчитать цену деления прибора, приборную погрешность. Измерительные приборы - устройства или технические приспособления, служащие для сравнения измеряемой величины с мерой (единицей измерения). Для измерения электрических величин установлены меры электрической емкости, индуктивности, ЭДС (нормальные элементы), напряженности магнитного поля, частоты колебаний, электрического сопротивления. Измерительные приборы классифицируются по различным признакам: по положенным в основу измерения методам и физическим явлениям, по конструктивным особенностям, по эксплуатационным характеристикам, по роду измеряемой величины и т.д. Напомним, что по принципу действия все электроизмерительные приборы делятся на следующие основные типы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, электростатические, тепловые. Кроме указанных существуют и другие системы приборов, которые в лабораторном практикуме применяются сравнительно редко. Наиболее распространенными являются приборы магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем. В приборах магнитоэлектрической системы используется действие магнитного поля (постоянного магнита) на подвижную рамку с током. Приборы этой системы имеют равномерные шкалы, обладают высокой чувствительностью и точностью, но пригодны только для постоянного тока. Недостатком приборов этой системы, является низкая механическая и электрическая прочность. Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на втягивании ферромагнитного сердечника в магнитное поле тока, протекающего по обмотке неподвижной катушки. К достоинствам приборов этой системы можно отнести простоту конструкции, большую механическую прочность, выносливость к перегрузкам, пригодность как для постоянного, так и для переменного тока; к недостаткам - неравномерность шкалы, зависимость от внешних магнитных полей, низкую чувствительность. В приборах электродинамической системы используется взаимодействие магнитных полей токов, протекающих по обмоткам неподвижной и подвижной катушек. Приборы электродинамической системы обладают высокой точностью и применяются для измерения тока, напряжения и мощности как постоянного, так и переменного токов. Недостатки этих приборов те же, что и у приборов электромагнитной системы. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|