физика_ часть 1

В.Т. КАЗУБ, Р.А. ВОДОЛАЖЕНКО, Е.В. СОЛОВЬЁВА

ФИЗИКА

Часть I. Методы идентификации веществ

2

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пятигорская государственная фармацевтическая академия Минздравсоцразвития РФ

КАФЕДРА ФИЗИКИ И МАТЕМАТИКИ

В.Т. Казуб, Р.А. Водолаженко, Е.В. Соловьёва

ФИЗИКА

Часть I. Методы идентификации веществ

Учебное пособие для студентов 2 курса по дисциплинам С2.Б.2 - «Физика» и

С3.В.ОД.3 - «Физические основы технологических процессов и методов фармацевтического анализа» (очная и заочная формы обучения)

Пятигорск 2012

3

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73 К 14

Рецензент: профессор кафедры информационных технологий, математики и средств дистанционного обучения ПГЛУ Киселёв В. В.

В.Т. Казуб, Р.А. Водолаженко, Е.В. Соловьёва

К 14. Физика. Часть I. Методы идентификации веществ: учебное пособие для студентов очного и заочного отделений/В.Т. Казуб [и др.] - Пятигорск: Пятигорская ГФА, 2012. - 88 с.

Учебное пособие составлено в соответствии с программой по физике для студентов очных и заочных отделений фармацевтических вузов, разработано на кафедре физики и математики, для подготовки и проведения занятий в физических лабораториях при выполнении экспериментальных работ по методам идентификации веществ.

Данное пособие содержит лекционную информацию, задания для самостоятельной работы студентов и контрольные вопросы для проверки готовности студентов к занятиям.

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73

Допущено к внутривузовскому изданию Председатель ЭМС проф. В.В. Гацан

Протокол № 9 от 08.06. 2012 г.

©Пятигорская государственная фармацевтическая академия, 2012

4

	Содержание
Предисловие.............................................................................................................		6
Работа № 1. Математическая обработка результатов измерений .........................		9
Работа № 2. Основы электробезопасности...........................................................		17
Работа № 3. Идентификация жидкостей по коэффициенту поверхностного
натяжения методом отрыва капель.......................................................................		34
Работа № 4. Измерение коэффициента поверхностного
натяжения методом отрыва кольца.......................................................................		43
Работа № 5.	Идентификация жидкостей по коэффициенту вязкости.................	51
Работа № 6.	Метрология. Измерения линейных и угловых величин.................	64
Работа № 7.	Идентификация веществ по плотности с помощью пикнометра ...	72
Работа № 8.	Опытное определение отношения теплоемкостей газа..................	78
Список рекомендуемой литературы .....................................................................		87

5

Предисловие

В последние годы содержание физического практикума в фармацевтиче-

ской академии существенно изменилось. Наряду с традиционными лаборатор-

ными работами по общей физике, предусмотренными программами высшей школы для медицинских и фармацевтических учебных заведений, в него вклю-

чены работы по биофизике, а также работы, связанные с изучением физических процессов новых технологий изготовления лекарственных препаратов. Это ста-

ло возможным благодаря исследованиям, проводимым в научных лабораториях при кафедре физики, где студенты, дипломники и аспиранты академии успеш-

но ведут работы по поиску новых и совершенствованию традиционных техно-

логий водного экстрагирования растительного лекарственного сырья с исполь-

зованием электрофизических методов интенсификации диффузионных процес-

сов. Теоретические аспекты разработанных способов экстрагирования и их ап-

паратурное оформление рассматриваются в двух лекциях по физике.

Цели, которые преследовали авторы настоящего учебно-методического пособия, заключаются в максимальном приближении условий опытов к обста-

новке современной физической лаборатории.

Одна из задач физического практикума заключается в том, чтобы научить правильно измерять значения физических величин и правильно сопоставлять их с известными математическими зависимостями. Студент должен научиться самостоятельно выбирать метод обработки результатов, менее всего чувстви-

тельный к погрешности отдельных опытов, наиболее полно использующий по-

лученную информацию и выработать навыки практического использования ап-

паратуры для физико-химических методов анализа при обучении на профили-

рующих кафедрах и в будущей профессиональной деятельности. При выполне-

нии всех экспериментальных лабораторных работ предусмотрено проведение статистической обработки результатов измерений с оценкой погрешностей из-

мерений.

На первом этапе студенты знакомятся с основами электробезопасности для персонала использующего электрические приборы, усваивают различия

6

между рабочим и защитным заземлением, назначением защитного сопротивле-

ния, порядок монтажа электрических цепей и правила работы, способствующие снижению вероятности поражения электрическим током. Здесь же изучают ме-

тодику расчета плавких вставок для предохранителей, правила пользования и подключения амперметров и вольтметров, учатся проводить расчет шунтов к амперметрам и дополнительных сопротивлений к вольтметрам.

Навыки пользования измерительными приборами, умение определять це-

ну деления шкалы различных приборов и снимать показания (линейные, угло-

вые, тепловые, электрические, оптические) студенты приобретают на занятиях по метрологии и в дальнейшем эти навыки совершенствуют при выполнении каждой работы.

Поскольку в практике провизора аналитические весы занимают особое место, то при изучении различных типов весов студенты овладеют не только теорией весов, техникой точного взвешивания, но и усвоят правила регулиров-

ки весов, правила определения погрешностей, смогут устранить незначитель-

ные неполадки. Закрепление навыков точного взвешивания осуществляется в дальнейшем в работах связанных с определением плотностей сыпучих твердых и жидких веществ с помощью пикнометра. При нахождении ряда физических констант жидкостей студенты осваивают работу с вискозиметром Стокса, рота-

ционным вискозиметром и сталагмометрами, учатся определять коэффициент вязкости, коэффициент поверхностного натяжения жидкостей.

Изучая основы радиационной безопасности, осваивая современные при-

боры дозиметрического контроля, учатся определять удельную, объемную ак-

тивность бета излучения, фон, степень загрязнения различных проб (некоторые сорта чая, продукты питания, напитки, листья растений, лекарственные травы,

земля и т.п.).

Изучая приборы, в устройстве которых содержатся электронно-лучевые трубки (например, кардиограф), детально знакомятся с работой электронного осциллографа, при этом самостоятельно монтируют электрические цепи для визуального наблюдения фигур Лиссажу и изучения одно- и двухполупериод-

7

ных выпрямителей на базе полупроводниковых диодов. Познавая действие пе-

ременного электрического тока на биологические объекты, студенты индиви-

дуально проводят измерения импеданса живой ткани (как одного из современ-

ных методов диагностики организма человека), при различных частотах.

Закрепление теоретического материала по физическим основам интенси-

фикации экстракционных процессов, осуществляется при выполнении работы

«Экстрагирование растительного сырья с применением электрических разрядов в жидкости», с последующим анализом количественных и качественных ре-

зультатов фотоколориметрическими методами и сравнением с результатами по данному сырью, полученными при классическом извлечении - мацерации.

Весь цикл выполняемых лабораторных работ подчинен программам про-

филирующих дисциплин и позволяет уже на первоначальном этапе обучения нацелить студентов на будущую практическую деятельность провизора.

8

РАБОТА № 1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Актуальность работы:

Необходимо научиться правильно измерять значения физических вели-

чин и правильно сопоставлять их с известными математическими зависимо-

стями. Также научиться самостоятельно выбирать метод обработки резуль-

татов, менее всего чувствительный к погрешности отдельных опытов.

Применяя методы статистической обработки результатов опыта, можно судить о наиболее вероятном значении какого-либо количественного при-

знака, о точности, с которым он определяется, об интервале, в котором на-

ходится с некоторой вероятностью истинное значение измеряемой величи-

ны.

Цель работы:

Усвоить методику нахождения погрешностей прямых и косвенных изме-

рений и приобрести навык расчёта погрешностей.

Целевые задачи:

знать: виды измерений, среднее значение, абсолютная и относительная по-

грешность, качество измерений.

уметь: рассчитывать погрешности прямых и косвенных измерений, записы-

вать результат, делать вывод о качестве измерений.

План подготовки конспекта:

1.Измерение (прямое и косвенное).

2.Абсолютная погрешность прямых измерений.

3.Относительная погрешность прямых измерений.

4.Абсолютная погрешность косвенных измерений функций нескольких пе-

ременных.

5.Правило записи результатов.

6.Пример вычисления погрешностей прямых измерений.

7.Пример вычисления погрешностей косвенных измерений.

9

Вопросы для подготовки к входному тестированию:

1.Отличие косвенного измерения от прямого?

2.Как вычисляется абсолютная и относительные погрешности прямых измере-

ний?

3. Как вычисляется абсолютная и относительные погрешности косвенных из-

мерений?

4.Доверительная вероятность и уровень значимости.

5.Коэффициент Стьюдента и его назначение?

6.Как сделать вывод о качестве измерений.

Теоретические сведения

Характеристики многих физических процессов являются не воспроизво-

димыми измерениями, т.е. измерениями, которые не являются постоянными при повторении эксперимента, но случайно изменяются вблизи средней вели-

чины. Нужно также отметить, что во многих экспериментах происходит утрата образцов измерений и каждый повторный опыт производится на другом образ-

це (например, шарик в опыте Стокса при определении коэффициента вязкости).

Поэтому различие в результатах измерений может быть существенным.

Применяя методы статистической обработки результатов опыта, можно судить о наиболее вероятном значении какого-либо количественного признака,

о точности, с которым он определяется, об интервале, в котором находится с некоторой вероятностью истинное значение измеряемой величины.

Для обработки результатов измерений необходимо знать закон распреде-

ления измеряемых величин. Мы не будем проводить специальной проверки на закон распределения измеряемых величин и будем во всех опытах считать его нормальным законом распределения, с достаточной степенью вероятности [3].

Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физи-

ческих величин.

10