Визначення абсолютної та відносної вологості повітря

Мета роботи:1. Закріпити теоретичні знання з вологості повітря

2. Ознайомити з методами та приладами визначення вологості

З. Визначити абсолютну та відносну вологість повітря за даних умов.

Обладнання:

1. Гігрометр

2. Резинова груша

З. Термометр

4. Рідина, яка швидко випарюється

5. Психрометр

Короткі теоретичні відомості:

Повітря завжди вологе. Наряду з іншими газами до складу повітря нашої атмосфери обов’язково входить водяний газ-пар, слад якого залежить від умов, тому вводяться фізичні характеристики кількісного складу водяних парів.

Абсолютна вологість повітря — це густина водяних парів ρ, величина, яка чисельно дорівнює масі водяних парів, які знаходяться в одиниці об’єму повітря. З ростом температури повітря абсолютна вологість може також рости, однак не може бути більше деякої максимальної вологості Рn - обумовленої насиченим станом повітря. Таким чином при будь якій температурі абсолютна вологість може бути в межах:

н

Густина парів насиченого стану р_н залежить лише від температури збільшуючись з її ростом й заноситься до таблиці. Таким чином, за при будь якої температури можливо визначити максимальну повітряну абсолютну вологість ρ_н .

Відносна вологість повітря показує, який стан даного повітря в порівнянні з насиченим: близьке чи далеке до насичення, і визначається відношенням абсолютної вологості ρ_а максимально величиною при даній температурі до густини насичених водяних парів приданій температурі ρ_а

ρ_н

як видно, представляє собою безрозмірну величину, тому виражається у відсотках. Якщо повітря при певній абсолютній вологості охолоджувати , то при цьому відносна вологість буде збільшуватися, тому що

падає. При достиганні насиченого стану при якійсь температурі, яка називається точкою роси, відносна вологість буде 100%. Подальше зниження температури приведе до конденсації частини водяних парів (роса, туман), так як ρ_н буде продовжувати зменшуватися.

Опис установки та методики вимірювань

Робота передбачає вимір вологості повітря двома способами: за допомогою гігрометра та психрометра.

Гігрометр представляє собою круглу коробочку з металічної фольги, з невеликою судиною для рідини, яка легко випарюється, через яку за допомогою груші прокачують повітря, забезпечуючи інтенсивне випарювання цієї рідини. Внаслідок температура коробочки та повітря поблизу її поверхні зменшується і при певній температурі, яка визначається термометром, на полірованій частині гігрометра з’являються мікроскопічні капельки роси, а сама поверхня стане матовою. Знаючи точку роси, по таблиці визначається густина насичених парів, яка і буде дорівнювати абсолютній вологості при кімнатній температурі.

Психрометр —має два однакових термометра, один з котрих огорнуто марлевим тампоном, опущеним в посуд з водою (вологий термометр). Чим менше відносна вологість повітря, тим більше молекул, які випарюються за одиницю часу, і більше теплота пароутворення, яка забирається у води в марлевому тампоні, та більша різниця температур сухого та мокрого термометрів. За таблицею, наведеною на самому психрометрі, можливо визначити відносну вологість повітря, якщо знати різницю показників термометрів.

Порядок виконання роботи

.

1. Визначення вологості за допомогою гігрометра

1. Визначити кімнатну температуру.

2. Налити в гігрометр невелику кількість ефіру та вставити в нього термометр.

З. За допомогою резинової груши продувати повітря крізь гігрометр до появи на його полірованій поверхні роси.

4. Визначити точку роси по термометру.

5. Визначити густину насичених парів.

б. Розрахувати відносну вологість .

II. Визначення вологості за допомогою психрометра

1. Визначити температуру сухого и вологого термометрів та знайти різницю показників.

2. По психрометричній таблиці знайти відносну вологість повітря.

Результати вимірювань та обчислень:

Умови	Температура О С	Густина насичених парів, кг\м3	Абсолютна вологість кг\м3	Відносна вологість %	Показники сухого термометра О С	Показники вологого термометра О С	Різниця температур О С	Відносна вологість %
Кімнатна
Точка роси

Обчислення:

Висновок: _________________________________

Контрольні питання:

1. Чому повітря завжди вологе?________________________________________________

______________________

2. Що таке абсолютна вологість повітря? _______________________________________

_________________________________

3. В яких одиницях вона вимірюється?__________________________________________

4. Що показує відносна вологість повітря? Як вона визначається?___________________

___________

5. Як пояснити насичений стан повітря?_______________________________________

_________________________________

б. Що буде в повітрі, якщо його температура знизиться и стане нижче точки роси? _________________________________

7. Чому температура мокрого термометра, як правило, нижче, ніж сухого?

______________________

8. Чи бувають випадки , коли показання сухого і вологого термометрів однакові? ______________________

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

Визначення коефіцієнта поверхневого натягу води.

Мета роботи:1. Поглибити знання будови та властивостей рідин.

2. Зміцніти і розширити теоретичні відомості поверхневого натягу рідини.

3. Експериментально визначити коефіцієнт поверхневого натягу води.

Обладнання:

1. Терези

2. Штатив

З. Крапельниця

4. Посудини

5. Досліджувана рідина (вода).

Короткі теоретичні відомості:

Рідина має щільну упаковку молекул, внаслідок чого значною мірою діють сили молекулярної взаємодії.

Одночасно молекула, яка знаходиться в поверхневому шарі, і молекула, яка розташована всередині рідини, знаходяться в різних умовах: на останню діють сили взаємодії зі сторони навколишніх молекул, та рівнодійна дорівнює нулю. На молекулу в поверхньовому шарі діють оточуючі її молекули тільки з одієї сторони, наприклад, знизу (мал. 1), а зверху молекул рідини немає. Таким чином рівнодійна сила не може бути ріна нулю і направлена завжди всередину рідини.

Мал.. 1

На кожну молекулу поверхневого шару рідини діє сила, яка намагається втянути її всередину рідини. Тому чим більша довжина контуру поверхні, тим більше молекул і тим більша сила поверхневого натягу

або

де α - коефіцієнт поверхневого натягу, який залежить від роду рідини , від наявності домішок та від температури.

Якщо є сили взаємодії, є потенціальна енергія. Кожна молекула поверхневого шару має запас потенціальної енергії, а їх сумарна енергія - енергія поверхневого шару або поверхнева енергія. Рідина завжди прагне до зменшення поверхневої енергії, т.щ. прагне мати найменше число молекул в поверхневому шарі.

Тому поверхня рідини поводить себе як розтягнута гумова плівка. Якщо ми збільшимо поверхню рідини на ∆S, то ми виконаємо роботу А , яка іде на збільшення енергії поверхневого шару , тому

або

Опис установки та методики вимірювань

В основі роботи лежить метод відриву крапель, витікаючи з крапельниці, закріпленої на штативі (мал. 2). В момент відриву краплі її сила тяжіння дорівнює силі поверхневого натягу , яка діє по всій довжині кола шийки краплі 1, яка менша за довжину кола трубки крапельниці.

,

де D – внутрішній діаметр трубки.

Таким чином

або , звідки

Для більш точного визначення маси m однієї краплі в попередньо зважений посуд пропускаємо N крапель і важимо посуд з рідиною. Тоді маса однієї краплі

де m1 та m2 - відповідно маси сухого посуду і посуду з рідиною.

Тоді розрахункова формула приймає такий вигляд

мал.2 Порядок виконання роботи

.

1. Визначити масу m1 основного сухого посуду, зваженого на терезах.

2. Установити крапельницю вертикально на висоті, яка зручна для падіння крапель в допоміжний посуд.

3. Відрегулювати затиск так, щоб краплі падали одна за другою з інтервалом, зручним для рахування

4. Після падіння чергової краплини швидко змінити посуд та почати відлік крапель, що падають до основного посуду.

5. Після відліку N крапель (N=100) швидко замінити посуд та затиснути затиск крапельниці.

б. Зважити, визначаючи масу m 2 основного посуду з рідиною.

7. Вимірюють діаметр трубки крапельниці D .

8. Рахують коефіцієнт поверхневого натягу й порівнюють отримане значення з табличним

9. Розрахувати відносну похибку вимірювань

Результати вимірювань та обчислень:

Діаметр трубки, D	Маса сухої судини , m1	Маса судини з рідиною, m2	Кількість крапель	Коефіцієнт поверхневого натягу	відносна похибка
м	кг	кг	шт	Дослідне значення α., Н\м	Табличне значення α., Н\м	%

Обчислення:

Висновок: ______________________________________________________

Контрольні питання:

1. Чому існує поверхневий натяг?

_________________________________

2. В чому полягає фізичний зміст коефіцієнта поверхневого натягу? ________________

_________________________________

3. Від чого залежить коефіцієнт поверхневого натягу?____________________________

_________________________________

4. Як розрахувати силу поверхневого натягу? ___________________________________

___________________________

5. Яку форму приймає рідина в умовах невагомості? _________________________

___________________________

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

Визначення коефіцієнта лінійного розширення твердих тіл

Мета роботи:1. Закріпити знання з теплового розширення твердих тіл

2. Шляхом дослідження визначити коефіцієнт лінійного розширення

стержня та визначити, з якого металу його виготовлено

Обладнання:

1. Електронагрівальний прилад

2. Індикатор малих переміщень

З. Пробірка

4. Термометр

5. Досліджуваний стрижень

Короткі теоретичні відомості:

В твердих тілах молекули здійснюють хаотичний тепловий рух біля положення рівноваги, завдяки силам взаємодії - силам тяжіння та відштовхування, які зменшуються зі збільшенням відстані між молекулами. Однак характер їх залежності різний: сила відштовхування більше залежить від відстані, чим сила тяжіння. Тому зі збільшенням температури зростає кінетична енергія теплового руху молекул і відповідно амплітуда коливань, але наближаються молекули одна до одної на меншу відстань, ніж віддаляються. Як наслідок, при нагріванні, середня відстань між молекулами збільшується, збільшуються розміри тіла та відповідно його об’єм . Так, якщо при температурі , яка дорівнює нулю градусів Цельсія довжина стрижня була l₀. то при температурі t° його довжина l стане більшою

де β - температурний (термічний) коефіцієнт лінійного розширення, який залежить від роду матеріалу та умов, і тому є одною з найважливіших теплових характеристик речовини.

Залежність ця лінійна, а коефіцієнтом

пропорційності (кутовим коефіцієнтом) є Iоβ, що визначається тангенсом кута нахилу φ

о

де 1 – довжина стрижня при кімнатній

температурі t_k^о. З цього відношення витікає

Термічний коефіцієнт лінійного розширення показує, на яку частину довжини при О°С

змінюється його довжина при нагріванні на 1 °С.

Тому що довжина стержня при кімнатній температурі t_k^о мало відрізняється від його довжини при О°С, остаточно маємо розрахункову формулу:

Опис установки та методики вимірювань

Досліджувальний срижень вміщує до пробірки 2 з водою кімнатної температури, яка вимірюється термометром.

Після вмикання електронагрівального приладу З до електричної мережі з напругою

220 В, вода в пробірці нагрівається і

подовжує стрижень. Наверху станіни 4 в

поворотному кронштейні 5 установки

зажато індикатор 6, який показує

подовження стрижня. В момент закипання

води фіксують подовження при нагріванні

стрижня від кімнатної температури до

температури кипіння ( 100^о С).

Порядок виконання роботи

1. Налити половину пробірки води, вставити термометр та опустити в прилад.

2. Якщо показання термометра не змінюються, виміряти t°_k.

3. Достати термометр, обережно вставити в пробірку досліджуваний стрижень округлим кінцем униз та опустити в пробірку через гумову прокладку.

4. В поворотний кронштейн вставити індикатор так, щоб його шток опинився в заглибленні стрижня і зажати.

5. Поворотом зовнішнього кільця шкали індикатора установити стрілку на нульову позначку.

б. Вставити електричну вилку до розетки та ввімкнути прилад (загориться контрольна лампочка)

7. IIід час закипання води визначити подовження стрижня ∆l ,якщо показники індикатора вже не змінюються (весь стрижень нагрівся до 100°С)

8. Вимкнути прилад, дістати вилку з розетки.

9. Розрахувати термічний коефіцієнт лінійного розширення; порівнюючи його значення з табличним , визначити матеріал, з якого виготовлено стрижень і розрахувати відносну похибку вимірювань.

Результати вимірювань та обчислень:

Первинна довжина стержня, lо , м	Первинна температура t° C	Кінцева температура tk° C	Подовження стержня ∆l, м	коефіцієнт лінійного розширення, β1, град -1	Речовина	Табличне значення   βтабл, К -1	відносна похибка   δ ,%

Обчислення:

Висновок: _____________________________________________

Контрольні запитання:

1. Яка причина теплового розширення тіла? ___________________________________

_________________

2. Як змінються лінійні розміри тіла з ростом температури?_____________________

___________________________

З. Як змінюється об’єм тіла зі збільшенням температури?_________________________

__________________

4. Що представляють собою термічні коефіцієнти лінійного та об’ємного розширення? ___________________________

5. Яке значення мають температурні зазори ( рельси, мости) та температурні шви (будівлі, конструкції) _____

__________________

6. Чи для всіх речовин у будь якому температурному інтервалі характерне розширення при нагріванні? _________________________________________

___________________________

7. Які особливості розширення води, чавуну, сталі, алюмінію? _________________________________

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

Лабораторна робота № 5.

Визначення електроємності конденсатора

Мета роботи:1.Закріпити теоретичні знання з електроємності провідників

2. Ознайомитися з методами вимірювання електроємності

3. Шляхом дослідження визначити електроємність конденсатора

4. Придбати практичні навички , необхідні електромеханіку.

Обладнання: 1 .Джерело струму;

2. Авометр;

З. Вмикач;

4. Конденсатори відомої та невідомої електроємності.

5. З’єднувальні провідники.

Короткі теоретичні відомості:

Найважливішою характеристикою будь-якого провідника є електрична ємність (електроємність або просто емність), завжди притаманна йому, як і його маса. Як відомо, заряд, наданий провіднику, розподіляється тільки по його поверхні, а тому кожна наступна порція заряду розподіляється аналогічно попередній. В зв’язку з ростом заряду провідника росте і його потенціал, а відношення заряду до потенціалу для даного провідника є постійною величиною, незалежною ні від заряду, ні від потенціалу. Вона і називається електроємністю.

або

Електроємність провідника - фізична скалярна величина чисельно дорівнює наданому заряду, який змінює його потенціал на одиницю.

Електроємність залежить від геометрії провідника ( від розмірів та форми), від середовища, в якому знаходиться провідник, від наявності поблизу інших провідників. Одиницею вимірювання електроємності є ФАРАД (позначається Ф)

1Ф = 1 Кл/ 1 В

Фарад - це ємність такого окремого , розташованого в вакуумі провідника, при наданні якому заряду в 1 Кл його потенціал змінюється на 1 В. Електроємність в 1 Ф не належить ніякому реальному провіднику. Наша Земля (самий найбільший провідник) має значно меншу ємність, тому на практиці використовують зменшувані приставки:

1 мФ (міліфарад) = 10 ^-3 Ф

1 мкФ (мікрофарад) = 10 ^-6 Ф

1 нФ (нанофарад) = 10 ^-9 Ф

1 пФ(пикофарад)= 10 ^-12 Ф

Якщо взяти провідну пластину, то її ємність залежить від площіни (її товщина мало впливає, тому беруть фольгу). Якщо ж на дуже малій відстані паралельно розташувати таку ж другу пластину, то ємність такої системи стане значно більшою, а якщо ж між ними положити тонку пластину з діелектрика, то ємність ще зросте в декілька сотень, а може, й тисяч разів. Така система називається конденсатором, який так широко використовується як електроємністьв електро і радіотехніці.

Опис установки та методики вимірювань

Найпростіший метод вимірювання конденсаторів зрозумілий з електричної схеми. В положенні перемикача SВ 1 - 3, відповідно до малюнка , конденсатор С підключено до джерела струму . При цьому він заряджається до напруги, яка дорівнює електрорушійній силі джерела.

А заряд на його обкладинках пропорційний його ємності:

Q=UC або Q=εC

Якщо тепер перемикач перевести в положення 2 — 3, то конденсатор від’єднується від джерела і з’єднується з міліамперметрам рА і при цьому він розряджається, а крізь прилад тече імпульсивний струм розряду, швидко змінюючись від максимального значення до нуля. Очевидно, максимальне відхилення стрілки приладу пропорційне заряду конденсатора .

n ~ Q

але тому що для одного и того же джерела струму ε = const, то відповідно до (2):

Q ~ C, тоді n ~С

або будемо мати:

n = kC , (3)

де k - постійна установки

Якщо спочатку увімкнути конденсатор відомої ємності Со і заміряти максимальне відхилення стрілки приладу п₀ , то з (3) можна визначити

Тепер можливо виміряти ємність Сх будь-якого конденсатора, підключивши його до схеми

,

де п_х - максимальне відхилення х стрілки приладу з конденсатором Сх.. Це і є розрахунковою формулою в роботі.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати електричну схему досліду, підключивши конденсатор з відомою ємністю

2. Перемикач SВ перевести в положення 1 - 3 та зарядити конденсатор впродовж 5- 10

секунд.

З. Зосередивши увагу на шкалі струму приладу, заміряти максимальне відхилення стрілки п_о при переключенні перемикача в положення 2 — З.

4. За пунктами 2 и З повторити заміри не менше 3 разів і визначити середнє значенняп_о

5. Визначити постійну установки

о сер

6. Замінити в схемі конденсатор з відомою ємністю Со на конденсатор з ємністю, яку повинні знайти, за пунктами 2-4 визначити nх сер та розрахувати Сх..

7. Дізнавшись у викладача дійсну ємність досліджуваного конденсатора, розрахувати відносну похибку вимірювань.

8. Результати вимірювань та обчислень занести до таблиці.

Результати вимірювань та обчислень:

дослідів діл. діл.

Середнє

Обчислення:

Висновок: _____________________________________________________________________________________

Контрольні запитання:

1. Для яких речовин характернепоняття електроємності і чому? ____________________

______________________

2. Дайте визначення електроємності ___________________________________________

______________________

З. Одиниці вимірювання _____________________________________________________

4. Розрахувати електроємність Землі.__________________________________________

____________________________________________

5. Що таке конденсатор? Як визначається його ємність?__________________________

__________________________________

б. Чому в електро- та радіотехніці як ємність використовують тільки конденсатори?______________________________________________________________

__________________________________

7. Які закони виконуються при послідовному сполученні конденсаторів? При паралельному сполученні? Що означає робоча напруга?_____________________________

___________________________________________________

8. Як швидко розрахувати еквівалентну ємність при сполучуванні однакових конденсаторів? ______________________

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

Визначення питомого опору провідника

Мета роботи:1. Поглибити знання з однієї з важливіших характеристик – електроопору

2. Шляхом дослідження навчитися визначати питомий опір провідника 1 роду

Обладнання: - джерело постійного струму;

- провідник зі спеціального сплаву, який досліджується;

- вольтметр;

- амперметр;

- ключ;

- маштабна лінійка;

- Штангенциркуль;

- зєднувальні провідники.

Короткі теоретичні відомості:

Важливішою характеристикою усіх речовин в будь якому агрегатному стані є електропровідність та зворотна їй величина - електроопір, які при даних умовах залежать від материалу, довжини циліндричного провідника 1 та його поперечного перерізу S. Для електроопору R ця залежність має вигляд:

де ρ – питомий опір , чисельно рівний опору циліндричного провідника одиничної довжини ,та одиничного поперечного перерізу

З формули (1):

l

Електроопір провідника можна визначити за законом Ома, пропустивibерез нього відомий струм І при відомій напрузі U:

Площа поперечного перерізу

З (2), (3), (4) :

Порядок виконання роботи

1. Вивчити та зібрати електричну схему за мал. 1, зробити на ній позначення.

2. Змірити довжину провідника, який досліджується, за допомогою міліметрової лінійки.

З. Штангенциркулем замірити діаметр провідника

4. Виміри за пунктами 2,3 повторить ще два рази, записати значення до таблиці та розрахувати їх середнє значення.

5. Замкнути ключ К і встановити повзунок реостата в положення, при якому показання амперметра будуть зручними для вимірювань.

6. Вимірити напругу U та силу струму І , їх значення занести до таблиці .

7. Дещо змінивши положення повзунка в одну, а потім в другу сторону, провести заміри за пунктом 6 два рази.

8. Для кожного досліду розрахувати питомий опір за формулою (5), підставивши в неї середнє значення l и D.

9. Визначити середнє значення питомого опору

10. За таблицею визначити матеріал, якому відповідає це значення питомого опору та його табличне значення

мал..1

11. Визначити відносну похибку вимірів та занести її до таблиці

сер

Результати вимірювань та обчислень:

досліду ^{таб дослідн.}

Обчислення:

Висновок: _____________________________________________________________________________________

Контрольні запитання:

1. В чому полягає закон Ома для однорідної ділянки кола _______________________

______________________

2. Що таке електропровідність та електроопір ділянки кола? _____________________

____________________________________________

З. Дякуючи чому існує електричний струм в металах і чому виникає електроопір?

___________________________________________

4. Від чого залежить електроопір ______________________________________________

____________________________________________

5. Що називається питомим опором? Від чого він залежить ? _______________________

________________________________

б. Як за величиною питомого опору розділяються усі речовини в природі? ___________

____________________________________________

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7

Дослідження температурної залежності електроопору меді

Мета роботи:1. Закріпити знання з класичної електронної теорії електропровідності металів.

2. Дослідним шляхом встановити залежність електроопору від температури та визначити термічний коефіцієнт електроопору міді.

Обладнання: - електрична піч ;

- котушка тонкої мідної проволоки, вставлена в пробірку ;

- широка пробірка з водою;

- омметр.

Короткі теоретичні відомості:

Провідність металів обумовлена наявністю в них великої концентрації п вільних електронів

якіздійснюють тепловий хаотичний рух як одноатомний ідеальний газ. Тому вільні електрони в металі називають електронним газом.

Якщо в металі існує електричне поле, то на хаотичний рух накладається упорядкований направлений рух електронного газу під дією сил цього поля. Вільні електрони протягом довжини вільного пробігу рухаються з постійним прискоренням, швидкість їх направленого руху збільшується.

Однак при зіткненні з вузлом кристалічної решітки електрон повністю губить свою придбану за рахунок поля кінетичну енергію та починає знов прискорюватися до наступного зіткнення ( див. мал. 1). У зв’язку з цим класична електрона теорія розглядає причину електроопору металів у зіткненні вільних електронів з вузлами кристалічної решітки, а за довжину вільного пробігу приймається період решітки (відстань між вузлами).

Зі збільшенням температури збільшується середня

швидкість хаотичного руху електронного газу,

збільшується частота зіткнень і, відповідно ,

електроопір метала.

Дослід показує, що електроопір лінійно залежить від

температури

де R – електроопір при температурі tºC; мал..1 t

Rо – опір того ж металу при температурі 0ºC;

α – температурний коефіцієнт опору, який з рівняння (1) дорівнює