Физика часть1

Краткая теория

В состав атмосферы Земли входит водяной пар, который образуется при испарении воды со всех водоемов, с растительного покрова, при дыхании животных и т.д.

Для количественной характеристики водяных паров в воздухе вводятся следующие понятия:

1. Абсолютная влажность f - физическая величина, численно равная массе водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха при данной температуре и выражается в г/м3. Так как плотность пара пропорциональна его давлению, то абсолютную влажность часто характеризуют упругостью (парциальным давлением) водяного пара и измеряют в мм.рт.ст. Действительно, из уравнения Менделеева - Клайперона давление

P	m		PT		m		RT		RT	, т.е. p ~
			V	V

2.Максимальная влажность F - физическая величина, чис-

ленно равная массе водяного пара, необходимого для насыщения 1м3 воздуха при данной температуре. Измеряется также в г/см3 или в мм рт. ст.

3.Относительная влажность Е - отношение абсолютной влажности к максимальной влажности при той же температуре, т.е.

E = (f/F)·100%

(1)

Относительная влажность измеряется в процентах и характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

4. Дефицит влажности D - разность между максимальной и абсолютной влажностью, указывающая, какое количество водяных паров не хватает для того, чтобы воздух при данной темпе-

ратуре был насыщенным
D = F - f	(2)

Для медицины важно знать как абсолютную, так и относительную влажность воздуха.

Например, испарение воды с поверхности кожи зависит от относительной влажности, так как чем больше разница между аб-

73

солютной и максимальной влажностью, т.е. чем больше дефицит влажности, тем быстрее идет испарение.

Рассматривая испарение воды легкими, следует учитывать абсолютную влажность, т.к. из легких выдыхается почти полностью насыщенный водяным паром воздух при температуре примерно 30оС. Количество пара, которым воздух насыщается в легких, зависит от абсолютной влажности вдыхаемого воздуха. Нормальной для жизни человека считается относительная влажность от 40% до 60%.

Для измерения абсолютной и относительной влажности воздуха существует несколько методов.

1. Метод непосредственного измерения

Сущность данного метода состоит в следующем. Пропустив определенный объем воздуха через вещество, поглощающее пары воды, определяют увеличение массы этого вещества. Эта прибавка и есть масса поглощаемого пара. Этот способ является наиболее точным, но очень громоздким и на практике применяется редко.

2. Определение влажности воздуха с помощью гигрометра Ламбрехта

Гигрометр Ламбрехта - прибор конденсационного типа. Он состоит из небольшой металлической цилиндрической камеры с никелированной передней стенкой, окруженной таким же кольцом. В цилиндрической камере имеются отверстия, в одно из них вставляется термометр и через него, с помощью пипетки наливается эфир в таком количестве, чтобы жидкость покрывала шарик термометра; другое отверстие служит для выхода воздуха, в третье впаяна металлическая трубочка, доходящая почти до самого дна. При помощи резиновой груши в эту трубочку медленно вдувается воздух, который проходит через слой эфира. При быстром испарении эфира происходит охлаждение стенки камеры и при некоторой температуре, ниже комнатной, водяной пар, находящейся в прилегающем к стене слое воздуха, станет насыщенным и начнет конденсироваться на поверхности камеры.

74

Температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.

В момент появления первых признаков росы (потускнение поверхности) прекращают продувание воздуха и быстро отсчитывают температуру t1 по термометру - точка появления росы. Через некоторое время потускнение начинает исчезать с поверхности 3 и в момент его исчезновения отсчитывают температуру t2 исчезновения росы. Обычно температура t1 немного ниже t2. За температуру точки росы берется среднее из этих двух отсчетов:

tср=(t1 + t2)/2 (3)

Точку росы определяют не менее 5 раз и рассчитывают ее среднее значение. Абсолютная влажность f определяется из таблицы зависимости давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры точки росы (tср). Максимальная влажность определяется по той же таблице, но при комнатной температуре. Зная абсолютную и максимальную влажность, находим по формуле (1) относительную влажность и дефицит влажности по формуле (2).

3. Определение влажности воздуха аспирационным психрометром Ассмана

Влажность воздуха может быть также определена по показаниям психрометра и психрометрическим таблицам. Психрометрический метод определения влажности основан на зависимости скорости испарения воды от влажности окружающего воздуха. Психрометр Ассмана состоит из двух одинаковых термометров, резервуары которых в целях защиты от излучения окружающих тел помещены внутри открытых металлических двухстенных трубочек.

Резервуар одного из термометров обмотан батистом, который смачивается водой. Вращением вентилятора в прибор засасывается воздух, который обтекает резервуары термометров, проходит по воздухопроводным трубкам и выбрасывается наружу. Сухой термометр будет показывать температуру воздуха t1, а влажный - температуру t2. Вследствие испарения воды с поверхности

75

батиста температура t2 будет меньше t1 и разница между ними тем больше, чем меньше относительная влажность воздуха.

Абсолютную влажность f рассчитывают по формуле:

f P1 A0 H0 ( t1 t2 ),

(4)

где Р1 – давление насыщенных паров при температуре t2 испаряющейся жидкости; и определяется по таблице 1;

А0 – постоянная психрометра и А0 = 0,0013 г/град; Н0 – атмосферное давление, выраженное в миллиметрах

ртутного столба;

t1- температура сухого термометра.

4. Определение влажности воздуха с помощью психрометра Августа

Психрометр Августа состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из них обтянут кусочком батиста, свободный конец которого опущен в резервуар с дистиллированной водой.

Вследствие испарения воды показания влажного термометра будут ниже, чем сухого. Зная разность показаний сухого и влажного термометров и показания сухого термометра по психрометрической таблице 2, определяют относительную влажность окружающего воздуха, а по формулам (1) и (2) находят абсолютную влажность f и дефицит влажности.

Выполнение работы

У п р а ж н е н и е № 1 . Определение влажности с помощью психрометра Ассмана

1.Смочить батист на резервуаре психрометра Ассмана водой с помощью пипетки.

2.Завести по часовой стрелке вентилятор почти до отказа, но осторожно, чтобы не сорвать пружину.

3.Через 4 мин после пуска вентилятора снять показания сухого и влажного термометров.

4.Вычислить по формуле (4) абсолютную влажность f.

76

Для этого: а) найти атмосферное давление Н0 в мм. рт. ст. по барометру, б) Найти Р1 в мм.рт.ст. по таблице 3 по показаниям влажного термометра, в) постоянная А0=0,0013 1/град.

5.Определить максимальную влажность F по таблице 3 по показаниям сухого термометра.

6.По формуле (1) вычислить относительную влажность Е.

7.Определить по формуле (2) дефицит влажности D.

8.Данные занести в таблицу 2

Таблица 1

Результаты измерений и вычислений

tc=

tвл

Р1

f,

F,

№

мм.рт.

H0

Е%

D

t1

=t2

мм.рт.ст.

мм.рт.ст.

ст

1

2

3

ср.

У п р а ж н е н и е

№ 2 . Определение влажности с помощью

психрометра Августа

1.Смочить водой батист психрометра Августа.

2.Через 10 мин записать показания сухого и влажного термометров.

3.По психрометрической таблице 4 найти относительную влажность Е.

4.Из формулы (1) найти абсолютную влажность f.

5.Определить максимальную влажность F по таблице 3 по показаниям сухого термометра.

6.Определить по формуле (2) дефицит влажности D.

7.Данные занести в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты измерений

77

№ tс tвл Е% F(мм.рт.ст.) f(мм.рт.ст.) D

1

2

3

ср.

Таблица 3 Давление и плотность насыщенного пара в интервале темпе-

ратур от -5о до 300

	Упругость насы-
Температура	щенного пара в мм.	Масса в г/м2
	рт.ст.
-5	3,01	3
-4	3,28	3,51
-3	3,57	3,81
	Продолжение таблицы 3
-2	3,88	4,13
-1	4,22	4,47
0	4,58	4,84
1	4,9	5,2
2	5,3	5,6
3	5,7	6,0
4	6,1	6,4
5	6,6	6,8
6	7,0	7,3
7	7,5	7,8
8	8,0	8,3
9	8,6	8,8
10	9,209	9,4
11	9,844	10,0
12	10,518	10,7
	78

13	11,231	11,4
14	11,987	12,1
15	12,78	12,8
16	13,634	13,6
17	14,580	14,5
18	15,477	15,4
19	16,477	16,3
20	17,585	17,3
21	18,650	18,3
22	19,827	19,5
23	21,068	20,6
24	22,377	21,8
25	23,756	23,0
26	25,209	24,4
27	26,739	25,8
28	28,319	27,2
29	30,043	28,7
30	31,524	30,3

														Таблица 4
			Психрометрическая таблица
Показа-	(Разность показаний сухого и влажного термометра
ния су-							0С)
хого
термо-
метра	0	1		2	3	4	5		6	7		8	9		10	11
в 0С.
0	100	81		63	45	28	11
1	100	83		65	48	32	16
2	100	84		68	51	35	20
							79

3	100	84	69	54	39	24	10
4	100	85	70	56	42	28	14
5	100	86	72	58	45	32	19	6
6	100	86	73	60	47	35	23	10
7	100	87	74	61	49	37	26	14
8	100	87	75	63	51	40	29	18	7
9	100	88	76	64	53	42	31	21	11
10	100	88	76	65	54	44	34	24	14	5
11	100	88	77	66	54	45	36	26	17	8
12	100	89	78	68	57	48	38	29	20	11
							Продолжение таблицы 4
13	100	89	79	69	59	49	40	31	23	14	6
14	100	89	79	70	60	51	42	34	25	17	9
15	100	90	80	71	61	52	44	36	27	20	12
16	100	90	81	71	62	54	46	37	30	22	15
17	100	90	81	72	64	55	47	39	32	24	17	10
18	100	91	82	73	65	56	49	41	34	27	20	13
19	100	91	82	74	65	58	50	43	35	29	22	15
20	100	91	83	74	66	59	51	44	37	30	24	18
						80

21	100	91	83	75	67	60	52	46	39	32	26	20
22	100	92	83	76	68	61	54	47	40	34	28	22
23	100	92	84	76	69	61	55	48	42	36	30	24
24	100	92	84	77	69	62	56	49	43	37	31	26
25	100	92	84	77	70	63	57	50	44	38	33	27
26	100	92	85	78	71	64	58	51	46	40	34	29
27	100	92	85	78	71	65	59	52	47	41	36	30
28	100	93	85	78	72	65	59	53	48	42	37	32
29	100	93	86	79	72	66	60	54	49	43	39	33
30	100	93	86	79	73	67	61	55	50	44	39	34

Контрольные вопросы

1.Определения абсолютной, максимальной и относительной влажности.

2.Определение точки росы, дефицита влажности.

3.Методы определения абсолютной, максимальной и относительной влажности.

4.Устройство и принцип работы волосного гигрометра.

5.Устройство и принцип работы гигрометра Ламбрехта.

6.Устройство и принцип работы психрометра Августа.

7.Устройство и принцип работы психрометра Ассмана.

Лабораторная работа №6

Изучение работы полупроводникового диода и двухполупериодного выпрямителя

Основные понятия и определения: типы полупроводников,

образование и свойства p-n перехода; вольтамперная характери-

81

стика полупроводникового диода; применение постоянного тока в лечебных целях (гальванизация и электрофорез).

Цель работы: научиться работать с электроизмерительными приборами, выпрямителем, научиться пользоваться осциллографом.

Краткая теория

Выпрямитель, получивший в медицине название аппарата для гальванизации, служит для преобразования промышленного переменного тока в постоянный.

Этот аппарат состоит из выпрямляющего устройства, потенциометра и миллиамперметра. Потенциометр служит для регулирования выпрямленного напряжения, а миллиамперметр для измерения силы тока, пропускаемого через больного. Выпрямляющее устройство выполнено на основе полупроводниковых диодов.

Полупроводниковые диоды

В основу работы полупроводниковых диодов положено выпрямляющее свойство электронно-дырочного (p-n) перехода.

P-n переход представляет тонкий слой (10-4-10-5 см), образуемый на границе между двумя соприкасающимися полупроводниками с разными типами проводимости (рис.1). Так как в кристалле p – типа концентрация дырок значительно больше, чем в кристалле n –типа, то они при контакте будут диффундировать из первого кристалла во второй.

82