Порядок выполнения работы

1. Заполните сосуд смесью льда и дистиллированной воды. Через 5-7 минут (время установления теплового равновесия между льдом и водой) установите в сосуде термистор и присоедините его к зажимам омметра. Произведите измерение сопротивления термистора при температуре плавления льда R_пл.

2. Поставьте на включенную лабораторную плитку сосуд с дистиллированной водой, доведите воду до кипения, затем опустите в нее термистор и измерьте его сопротивление при температуре кипения воды R_к. Величины сопротивлений R_к, R_пл совместно с формулой (26) и определяют в данном случае эмпирическую температурную шкалу.

3. Установите в сосуде с кипящей водой ртутный термометр. После того, как его показания установятся, выключите плитку и в процессе остывания воды измерьте в 6 - 8 точках сопротивление термистора и температуру воды по показаниям ртутного термометра. Для ускорения процесса остывания в воду можно добавлять небольшие кусочки льда.

4. Определите в этих точках температуру воды по созданной эмпирической температурной шкале на основе термометра сопротивления. Для этого измеренные значения R_к, R_пл R подставьте в формулу (26). Сравните результаты измерения температуры с помощью ртутного термометра и термометра сопротивления. Оцените в каждой точке величину методической погрешности измерения температуры T_мет , обусловленную нелинейностью температурной зависимости сопротивления термистора. Результаты измерений я расчетов занесите в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Tртутн, C
R, Ом
Tсопр, C
Tмет ,C

Контрольные вопросы

1. Какая погрешность называется методической? Выделите возможные источники методической погрешности в данной лабораторной работе.

2. Что такое один кельвин?

3. Определите понятия: термометр, термометрическое тело, термометрическая величина, реперная точка, эмпирическая температурная шкала.

4. Опишите принцип действия термометра сопротивления.

5. Какие требования предъявляются к термометру?

Лабораторная работа № 6

Взвешивание тел

Цель работы: изучение методики взвешивания тел на лабораторных и технических весах и оценки случайной погрешности измерения массы тел.

Приборы и принадлежности: лабораторные весы, технические весы, разновесы, тела для взвешивания, сухой песок.

Весы - прибор для определения массы тел по действующей на них силе тяжести. В зависимости от назначения весы делятся на образцовые (для поверки гирь), лабораторные (в т.ч. аналитические) и общего назначения (в т.ч. технические). По принципу действия различаются весы рычажные, пружинные, крутильные, электротензометрические, гидростатические и гидравлические.

В основу действия пружинных и электротензометрические весов положен закон Гука: вес тела определяется по уравновешивающей его силе упругости.

Рис, 15. Схема равноплечных рычажных весов: О - точка опоры коромысла, С - центр тяжести коромысла со стрелкой, f - сила тяжести, действующая на коромысло, h - отклонение стрелки

Наиболее распространены рычажные весы, их действие основано на законе равновесия рычага (рис.15).

При взвешивании груза на рычажных весах сравниваются вес тела и вес эталонных гирь. Однако, поскольку ускорение свободного падения для всех тел одинаково, фактически сравниваются их массы. Именно поэтому на гирях указаны их массы в килограммах, а не вес в ньютонах.

Рычажные весы делятся на равноплечные и неравноплечные. У равноплечных весов точка опоры рычага О находится посередине коромысла. Равноплечные весы уравновешены, когда массы груза и гирь совпадают. Возможное небольшое превышение массы гирь над массой тела (или наоборот) компенсируется моментом силы тяжести f, действующей на коромысло со стрелкой (рис.15). Компенсирующий момент силы возникает вследствие смещения центра тяжести коромысла С. Нагрузка, компенсируемая смещением центра тяжести, измеряется при помощи отсчетной шкалы.

Неравноплечные весы применяются для определения массы больших грузов. Обычно отношение плеч коромысла у таких весов равно 1:10, 1:100, 1:1000 ... Это позволяет использовать для взвешивания тела эталонные гири массой в соответствующее количество раз меньшей, чем потребовалась бы в случае равноплечных весов.

Конструкция равноплечных рычажных весов изображена на рис.16. Она включает в себя следующие элементы: коромысло 1, две чашки 4 с подвесами 3 и серьгами 2, колонку 5, подставку в с установочными винтами 7. На коромысле укреплены три стальные призмы, одна из которых является опорой и служит осью вращения коромысла. Две других призмы служат точками приложения веса груза и гирь.

Весы снабжены регуляторами равновесия 8 и 13, стрелкой 12 и шкалой 10. Ножки с винтами 7 позволяют устанавливать колонку весов в вертикальное положение, контролируемое отвесом 11.

Точность весов во многом зависит от степени изношенности опор коромысла. Чтобы предотвратить преждевременный их износ, весы в нерабочем состоянии арретируют, что достигается поворотом ручки 9. В этом случае опора опускается, коромысло ложится на кронштейн 14, а призма и опора оказываются разгруженными. Съем и установку взвешиваемых тел и эталонных гирь следует производить только при арретированных весах. Обычно взвешиваемое тело помещают на левую чашку весов, а разновесы - на правую.

Перед взвешиванием необходимо установить весы по отвесу 11 с помощью винтов 7 и проверить, находятся ли весы в равновесии без нагрузки. Для этого нужно освободить арретир - стрелка начнет колебаться вдоль шкалы 10. Весы считаются уравновешенными, если конец стрелки отклоняется влево и вправо на одинаковое число делений от центрального положения. Если ненагруженные весы не находятся в положении равновесия, то его следует добиться вращением регулировочных грузов 13.

Одной из важнейших характеристик весов является их чувствительность - отношение числа делений шкалы n, на которые отклоняется стрелка, к величине массы тела m, вызвавшего это отклонение: С = n/m.В случае, когда весы не имеют измерительной шкалы, их чувствительность определяется как минимальная масса, выводящая весы ив состояния равновесия.

При взвешивании тел на рычажных весах может возникнуть погрешность асимметрии, обусловленная различием плеч коромысла у весов, считающихся равноплечными. Эта погрешность может быть исключена методом двойного взвешивания (метод Гаусса) - повторном взвешивании после перестановки тела и гирь с одной чашки весов на другую. Искомая масса тела m определяется как (m₁+m₂ )/2 , где m₁,m₂ - результаты двух взвешиваний.

Однако обычно при взвешивании тел в большей степени результат искажается неконтролируемым воздействием изменяющихся внешних условий, отклонениями масс разновесов от стандартных значений, субъективностью фиксация момента достижения равновесия. Поэтому при взвешивании тел возникает случайная погрешность.

Рис. 16. Устройство лабораторных весов: 1 - коромысло, 2 - серьги, 3 -подвесы, 4 - чашки, 5 - колонка, 6 - подставка, 7 - установочные винты 8, 13 - регуляторы равновесия, 9 - арретир, 10 - шкала, 11 -отвес, 12 - стрелка, 14 - кронштейн