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Teil 2

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Beim Kochen einer bis zum Siedepunkt vorgewärmten Flüssigkeit geht die ihr zugeführte Energie verloren

1) um die Durchschnittsgeschwindigkeit der Moleküle zu erhöhen

2) um die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit von Molekülen zu erhöhen und die Wechselwirkungskräfte zwischen Molekülen zu überwinden

3) die Wechselwirkungskräfte zwischen Molekülen zu überwinden, ohne die Durchschnittsgeschwindigkeit ihrer Bewegung zu erhöhen

4) Erhöhung der durchschnittlichen Bewegungsgeschwindigkeit von Molekülen und Erhöhung der Wechselwirkungskräfte zwischen Molekülen

Entscheidung.

Beim Kochen ändert sich die Temperatur der Flüssigkeit nicht, aber der Übergangsprozess in einen anderen Aggregatzustand findet statt. Die Bildung eines anderen Aggregatzustands erfolgt unter Überwindung der Wechselwirkungskräfte zwischen Molekülen. Die Konstanz der Temperatur bedeutet auch die Konstanz der mittleren Geschwindigkeit der Moleküle.

Antwort: 3

Quelle: GIA in Physik. Hauptwelle. Option 1313.

Ein offenes Gefäß mit Wasser wird in ein Labor gestellt, das eine bestimmte Temperatur und Luftfeuchtigkeit aufrechterhält. Die Verdunstungsrate ist gleich der Kondensationsrate des Wassers im Behälter

1) nur wenn die Temperatur im Labor mehr als 25 °C beträgt

2) nur unter der Bedingung, dass die Luftfeuchtigkeit im Labor 100 % beträgt

3) nur unter der Bedingung, dass die Temperatur im Labor weniger als 25 ° C beträgt und die Luftfeuchtigkeit weniger als 100 % beträgt

4) bei jeder Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Labor

Entscheidung.

Die Verdunstungsrate entspricht nur dann der Kondensationsrate des Wassers im Behälter, wenn die Luftfeuchtigkeit im Labor unabhängig von der Temperatur 100 % beträgt. In diesem Fall wird ein dynamisches Gleichgewicht beobachtet: Wie viele Moleküle verdunsten, die gleiche Anzahl kondensiert.

Die richtige Antwort ist nummeriert 2.

Antwort: 2

Quelle: GIA in Physik. Hauptwelle. Option 1326.

1) Um 1 kg Stahl um 1 °C zu erwärmen, müssen 500 J Energie aufgewendet werden

2) Um 500 kg Stahl um 1 °C zu erwärmen, muss man 1 J Energie aufwenden

3) Um 1 kg Stahl auf 500 °C zu erhitzen, muss man 1 J Energie aufwenden

4) Um 500 kg Stahl um 1 °C zu erhitzen, muss man 500 J Energie aufwenden

Entscheidung.

Die spezifische Wärmekapazität bezeichnet die Energiemenge, die einem Kilogramm eines Stoffes, aus dem der Körper besteht, zugeführt werden muss, um ihn um ein Grad Celsius zu erwärmen. Um also 1 kg Stahl um 1 °C zu erwärmen, müssen 500 J Energie aufgewendet werden.

Die richtige Antwort ist nummeriert 1.

Antwort 1

Quelle: GIA in Physik. Hauptwelle. Fernost. Option 1327.

Die spezifische Wärmekapazität von Stahl beträgt 500 J/kg °C. Was bedeutet das?

1) Wenn 1 kg Stahl um 1 ° C abgekühlt wird, wird eine Energie von 500 J freigesetzt

2) Wenn 500 kg Stahl um 1 ° C abgekühlt werden, wird eine Energie von 1 J freigesetzt

3) Beim Abkühlen von 1 kg Stahl auf 500 ° C wird eine Energie von 1 J freigesetzt

4) Beim Abkühlen von 500 kg Stahl werden 500 J Energie um 1 ° C freigesetzt

Entscheidung.

Die spezifische Wärmekapazität kennzeichnet die Energiemenge, die einem Kilogramm eines Stoffes zugeführt werden muss, um ihn um ein Grad Celsius zu erwärmen. Um also 1 kg Stahl um 1 °C zu erwärmen, müssen 500 J Energie aufgewendet werden.

Die richtige Antwort ist nummeriert 1.

Antwort 1

Quelle: GIA in Physik. Hauptwelle. Fernost. Option 1328.

Regina Magadeeva 09.04.2016 18:54

Im Lehrbuch der achten Klasse sieht meine Definition der spezifischen Wärmekapazität so aus: eine physikalische Größe, die numerisch gleich der Wärmemenge ist, die einem Körper mit einer Masse von 1 kg zugeführt werden muss, damit sich seine Temperatur ändert! um 1 Grad. Die Lösung besagt, dass die spezifische Wärmekapazität benötigt wird, um sich um 1 Grad zu erwärmen.

1. Temperatur (t i ) (z. B. t 2 ) gegen Heizzeit (t, min) auftragen. Stellen Sie sicher, dass ein stationärer Zustand erreicht ist.

3. Berechnen Sie die Werte von und lnA nur für den stationären Modus, tragen Sie die Ergebnisse der Berechnungen in die Tabelle ein.

4. Erstellen Sie einen Graphen der Abhängigkeit von x i, indem Sie die Position des ersten Thermoelements x 1 = 0 als Ursprung nehmen (die Koordinaten der Thermoelemente sind auf der Installation angegeben). Ziehe eine Gerade durch die angegebenen Punkte.

5. Bestimmen Sie die mittlere Tangente der Steigung oder

6. Berechnen Sie mit Formel (10) unter Berücksichtigung von (11) die Wärmeleitfähigkeit des Metalls und bestimmen Sie den Messfehler.

7. Bestimmen Sie anhand eines Nachschlagewerks, aus welchem ​​Metall die Stange besteht.

Testfragen

1. Welches Phänomen nennt man Wärmeleitfähigkeit? Schreibe seine Gleichung auf. Was charakterisiert den Temperaturgradienten?

2. Was ist der Träger thermischer Energie in Metallen?

3. Welcher Modus wird stationär genannt? Erhalten Sie Gleichung (5), die diesen Modus beschreibt.

4. Leiten Sie Formel (10) für den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten her.

5. Was ist ein Thermoelement? Wie kann man damit die Temperatur an einer bestimmten Stelle des Stabes messen?

6. Wie wird in dieser Arbeit die Wärmeleitfähigkeit gemessen?

Labor Nr. 11

Herstellung und Kalibrierung eines Temperatursensors auf Basis eines Thermoelements

Zielsetzung: Einarbeitung in das Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements; Herstellung und Kalibrierung eines Temperatursensors basierend auf einem Thermoelement; Verwenden einer Temperatursonde, um den Schmelzpunkt der Woodschen Legierung zu bestimmen.

Einführung

Die Temperatur ist eine physikalische Größe, die den thermodynamischen Gleichgewichtszustand eines makroskopischen Systems charakterisiert. Unter Gleichgewichtsbedingungen ist die Temperatur proportional zur durchschnittlichen kinetischen Energie der thermischen Bewegung von Körperpartikeln. Der Temperaturbereich, in dem physikalische, chemische und andere Prozesse ablaufen, ist außergewöhnlich groß: vom absoluten Nullpunkt bis 10 11 K und darüber.

Die Temperatur kann nicht direkt gemessen werden; Sein Wert wird durch die Temperaturänderung einer physikalischen Eigenschaft der Substanz bestimmt, die für die Messung geeignet ist. Solche thermometrischen Eigenschaften können sein: Gasdruck, elektrischer Widerstand, Wärmeausdehnung einer Flüssigkeit, Schallausbreitungsgeschwindigkeit.

Beim Erstellen einer Temperaturskala wird der Temperaturwert t 1 und t 2 zwei festen Temperaturpunkten (dem Wert des gemessenen physikalischen Parameters) x \u003d x 1 und x \u003d x 2 zugeordnet, beispielsweise dem Schmelzpunkt von Eis und der Siedepunkt von Wasser. Die Temperaturdifferenz t 2 - t 1 wird als Haupttemperaturintervall der Skala bezeichnet. Die Temperaturskala ist eine bestimmte funktionale numerische Beziehung der Temperatur zu den Werten der gemessenen thermometrischen Eigenschaft. Es ist eine unbegrenzte Anzahl von Temperaturskalen möglich, die sich in thermometrischer Eigenschaft, akzeptierter Abhängigkeit t(x) und Temperaturen von Fixpunkten unterscheiden. Beispielsweise gibt es Skalen von Celsius, Réaumur, Fahrenheit ua Der grundsätzliche Nachteil empirischer Temperaturskalen ist ihre Abhängigkeit von der thermometrischen Substanz. Dieser Mangel fehlt in der thermodynamischen Temperaturskala nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Für Gleichgewichtsvorgänge gilt die Gleichheit:

wo: Q 1 - die Wärmemenge, die das System von der Heizung bei der Temperatur T 1 erhält; und Q 2 - die dem Kühlschrank bei einer Temperatur von T 2 zugeführte Wärmemenge. Die Verhältnisse hängen nicht von den Eigenschaften des Arbeitsmediums ab und ermöglichen die Bestimmung der thermodynamischen Temperatur aus den für Messungen verfügbaren Werten Q 1 und Q 2 . Es ist üblich, T 1 \u003d 0 K zu berücksichtigen - bei absoluten Nulltemperaturen und T 2 \u003d 273,16 K am Tripelpunkt von Wasser. Die Temperatur auf der thermodynamischen Skala wird in Grad Kelvin (0 K) ausgedrückt. Die Einführung von T 1 = 0 ist eine Extrapolation und erfordert nicht die Implementierung des absoluten Nullpunkts.

Bei der Messung der thermodynamischen Temperatur wird normalerweise eine der strengen Konsequenzen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik verwendet, die eine bequem gemessene thermodynamische Eigenschaft mit der thermodynamischen Temperatur verbindet. Unter solchen Beziehungen: die Gesetze eines idealen Gases, die Gesetze der Schwarzkörperstrahlung usw. Über einen weiten Temperaturbereich, etwa vom Siedepunkt von Helium bis zum Erstarrungspunkt von Gold, liefert ein Gasthermometer die genauesten thermodynamischen Temperaturmessungen.

In der Praxis ist die Temperaturmessung auf thermodynamischer Skala schwierig. Der Wert dieser Temperatur wird normalerweise auf einem praktischen Sekundärthermometer markiert, das stabiler und empfindlicher ist als Instrumente, die die thermodynamische Skala reproduzieren. Sekundärthermometer werden nach hochstabilen Referenzpunkten kalibriert, deren Temperaturen gemäß der thermodynamischen Skala vorab durch äußerst genaue Messungen ermittelt werden.

In dieser Arbeit wird ein Thermoelement (der Kontakt zweier verschiedener Metalle) als sekundäres Thermometer verwendet, und die Schmelz- und Siedetemperaturen verschiedener Substanzen werden als Referenzpunkte verwendet. Die thermometrische Eigenschaft eines Thermoelements ist die Kontaktpotentialdifferenz.

Ein Thermoelement ist ein geschlossener Stromkreis, der zwei Verbindungsstellen zweier unterschiedlicher Metallleiter enthält. Wenn die Temperatur der Verbindungsstellen unterschiedlich ist, fließt der elektrische Strom aufgrund der thermoelektromotorischen Kraft im Stromkreis. Der Wert der thermoelektromotorischen Kraft e ist proportional zur Temperaturdifferenz:

wobei k konstant ist, wenn die Temperaturdifferenz nicht sehr groß ist.

Der Wert von k überschreitet normalerweise nicht mehrere zehn Mikrovolt pro Grad und hängt von den Materialien ab, aus denen das Thermoelement hergestellt ist.

Übung 1. Herstellung von Thermoelementen

Untersuchung der Abkühlungsgeschwindigkeit von Wasser in einem Behälter

unter verschiedenen Bedingungen

Habe den Befehl ausgeführt:

Teamnummer:

Jaroslawl, 2013

Kurze Beschreibung der Studienparameter

Temperatur

Das Konzept der Körpertemperatur erscheint auf den ersten Blick einfach und verständlich. Jeder weiß aus der Alltagserfahrung, dass es heiße und kalte Körper gibt.

Experimente und Beobachtungen zeigen, dass beim Kontakt zweier Körper, von denen wir den einen als heiß und den anderen als kalt wahrnehmen, Änderungen der physikalischen Parameter sowohl des ersten als auch des zweiten Körpers auftreten. „Die mit einem Thermometer gemessene physikalische Größe, die für alle miteinander im thermodynamischen Gleichgewicht stehenden Körper oder Körperteile gleich ist, heißt Temperatur.“ Wenn das Thermometer mit dem zu untersuchenden Körper in Kontakt gebracht wird, sehen wir verschiedene Arten von Veränderungen: Eine Flüssigkeitssäule bewegt sich, das Gasvolumen ändert sich usw. Aber bald stellt sich notwendigerweise ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen dem Thermometer und dem Körper ein - ein Zustand, in dem alle Größen, die diese Körper charakterisieren: ihre Massen, Volumina, Drücke und so weiter. Ab diesem Zeitpunkt zeigt das Thermometer nicht nur seine eigene Temperatur an, sondern auch die Temperatur des untersuchten Körpers. Im Alltag wird die Temperatur am häufigsten mit einem Flüssigkeitsthermometer gemessen. Dabei wird die Eigenschaft von Flüssigkeiten, sich bei Erwärmung auszudehnen, zur Temperaturmessung genutzt. Um die Temperatur eines Körpers zu messen, wird ein Thermometer mit diesem in Kontakt gebracht, es findet ein Wärmeübertragungsprozess zwischen Körper und Thermometer statt, bis sich ein thermisches Gleichgewicht eingestellt hat. Damit der Messvorgang die Körpertemperatur nicht merklich verändert, muss die Masse des Thermometers deutlich geringer sein als die Masse des Körpers, dessen Temperatur gemessen wird.

Wärmeaustausch

Fast alle Phänomene der Außenwelt und verschiedene Veränderungen im menschlichen Körper gehen mit einer Temperaturänderung einher. Die Phänomene der Wärmeübertragung begleiten unser ganzes tägliches Leben.

Ende des 17. Jahrhunderts stellte der berühmte englische Physiker Isaac Newton die Hypothese auf: „Die Wärmeübertragungsrate zwischen zwei Körpern ist umso größer, je unterschiedlicher ihre Temperaturen sind (mit der Wärmeübertragungsrate meinen wir die Temperaturänderung pro Zeiteinheit ). Die Wärmeübertragung erfolgt immer in eine bestimmte Richtung: von Körpern mit höherer Temperatur zu Körpern mit niedrigerer Temperatur. Davon sind wir durch zahlreiche Beobachtungen überzeugt, auch auf Haushaltsebene (ein Löffel in einem Glas Tee erwärmt sich und der Tee kühlt ab). Beim Temperaturausgleich der Körper kommt der Wärmeübertragungsprozess zum Stillstand, d.h. es stellt sich ein thermisches Gleichgewicht ein.

Eine einfache und verständliche Aussage, dass Wärme unabhängig nur von Körpern mit höherer Temperatur auf Körper mit niedrigerer Temperatur und nicht umgekehrt übertragen wird, ist eines der Grundgesetze der Physik und wird als II. Gesetz der Thermodynamik bezeichnet. Dieses Gesetz wurde formuliert im 18. Jahrhundert von dem deutschen Wissenschaftler Rudolf Clausius.

LernenAbkühlgeschwindigkeit von Wasser in einem Behälter unter verschiedenen Bedingungen

Hypothese: Wir gehen davon aus, dass die Abkühlungsgeschwindigkeit von Wasser in einem Gefäß von der Flüssigkeitsschicht (Öl, Milch) abhängt, die auf die Wasseroberfläche gegossen wird.

Ziel: Bestimmen Sie, ob die Oberflächenschicht aus Butter und die Oberflächenschicht aus Milch die Abkühlungsgeschwindigkeit von Wasser beeinflussen.

Aufgaben:
1. Untersuchen Sie das Phänomen der Wasserkühlung.

2. Bestimmen Sie die Abhängigkeit der Kühltemperatur von Wasser mit der Oberflächenölschicht von der Zeit, schreiben Sie die Ergebnisse in eine Tabelle.

3. Bestimmen Sie die Abhängigkeit der Kühltemperatur von Wasser mit einer Oberflächenschicht aus Milch von der Zeit, und schreiben Sie die Ergebnisse in eine Tabelle.

4. Erstellen Sie Abhängigkeitsdiagramme, analysieren Sie die Ergebnisse.

5. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung darüber, welche Oberflächenschicht des Wassers einen größeren Einfluss auf die Abkühlungsgeschwindigkeit des Wassers hat.

Ausrüstung: Laborglas, Stoppuhr, Thermometer.

Versuchsplan:
1. Bestimmung des Teilungswerts der Thermometerskala.

2. Messen Sie die Wassertemperatur während des Kühlens alle 2 Minuten.

3. Messen Sie alle 2 Minuten die Temperatur, wenn das Wasser mit der Ölschicht auf der Oberfläche abkühlt.

4. Messen Sie alle 2 Minuten die Temperatur, wenn das Wasser mit der Milchschicht abkühlt.

5. Notieren Sie die Messergebnisse in einer Tabelle.

6. Zeichnen Sie gemäß der Tabelle Diagramme der Abhängigkeiten der Wassertemperatur von der Zeit.

8. Analysieren Sie die Ergebnisse und begründen Sie sie.

9. Machen Sie eine Schlussfolgerung.

Abschluss der Arbeiten

Zuerst haben wir Wasser in 3 Gläsern auf eine Temperatur von 71,5⁰C erhitzt. Dann gossen wir Pflanzenöl in eines der Gläser und Milch in das andere. Das Öl verteilt sich auf der Wasseroberfläche und bildet eine gleichmäßige Schicht. Pflanzenöl ist ein aus pflanzlichen Rohstoffen gewonnenes Produkt, das aus Fettsäuren und verwandten Stoffen besteht. Milch mit Wasser vermischt (Bildung einer Emulsion), deutete darauf hin, dass die Milch entweder mit Wasser verdünnt war und nicht dem auf der Packung angegebenen Fettgehalt entsprach oder aus einem Trockenprodukt hergestellt wurde und in beiden Fällen die physikalischen Eigenschaften von Milch wechseln. Natürliche Milch unverdünnt mit Wasser in Wasser wird in einem Gerinnsel gesammelt und löst sich einige Zeit nicht auf. Um die Kühlzeit von Flüssigkeiten zu bestimmen, haben wir alle 2 Minuten die Kühltemperatur festgelegt.

Tisch. Untersuchung der Abkühlzeit von Flüssigkeiten.

flüssig
Wasser, t,⁰С
Wasser mit Öl, t,⁰С
Wasser mit Milch, t,⁰С

Gemäß der Tabelle sehen wir, dass die Anfangsbedingungen in allen Experimenten gleich waren, aber nach 20 Minuten des Experiments haben die Flüssigkeiten unterschiedliche Temperaturen, was bedeutet, dass sie unterschiedliche Abkühlungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit haben.

Deutlicher wird dies in der Grafik.

In der Koordinatenebene mit den Achsen Temperatur und Zeit markierte Punkte zeigen die Beziehung zwischen diesen Größen. Zeichnen Sie eine Linie, indem Sie die Werte mitteln. Das Diagramm zeigt eine lineare Abhängigkeit der Kühltemperatur von Wasser von der Kühlzeit unter verschiedenen Bedingungen.

Berechnen Sie die Abkühlgeschwindigkeit von Wasser:

a) für Wasser

0-10min (ºС/min)

10-20 min (ºС/min)
b) für Wasser mit einer oberflächlichen Ölschicht

0-10min (ºС/min)

10-20min (ºС/min)
b) für Wasser mit Milch

0-10min (ºС/min)

10-20min (ºС/min)

Wie aus den Berechnungen hervorgeht, kühlte Wasser mit Öl am langsamsten ab. Dies liegt daran, dass die Ölschicht einen intensiven Wärmeaustausch zwischen Wasser und Luft nicht zulässt. Dies bedeutet, dass sich der Wärmeaustausch von Wasser mit Luft verlangsamt, die Abkühlgeschwindigkeit des Wassers abnimmt und das Wasser länger heißer bleibt. Dies kann beim Kochen verwendet werden, zum Beispiel beim Kochen von Nudeln, nach dem Kochen von Wasser Öl hinzufügen, die Nudeln kochen schneller und kleben nicht zusammen.

Wasser ohne jegliche Zusätze hat die höchste Kühlrate, was bedeutet, dass es schneller abkühlt.

Schlussfolgerung: Wir haben also experimentell nachgewiesen, dass die Oberflächenölschicht einen größeren Einfluss auf die Abkühlungsgeschwindigkeit von Wasser hat, die Abkühlungsgeschwindigkeit abnimmt und das Wasser langsamer abkühlt.

(die Wärmemenge, die beim Erhitzen auf die Flüssigkeit übertragen wird)

1. Das Aktionssystem zum Erhalten und Verarbeiten der Ergebnisse der Messung der Zeit zum Erhitzen der Flüssigkeit auf eine bestimmte Temperatur und zum Ändern der Temperatur der Flüssigkeit:

1) prüfen, ob eine Änderung vorgenommen werden muss; wenn ja, einen Änderungsantrag einbringen;

2) bestimmen, wie viele Messungen einer gegebenen Menge durchgeführt werden müssen;

3) Erstellung einer Tabelle zur Aufzeichnung und Verarbeitung der Beobachtungsergebnisse;

4) um die angegebene Anzahl von Messungen einer bestimmten Menge durchzuführen; notieren Sie die Ergebnisse der Beobachtungen in einer Tabelle;

5) den Messwert der Größe als arithmetisches Mittel der Ergebnisse der Einzelbeobachtungen unter Berücksichtigung der Reservefigurenregel ermitteln:

6) Berechnen Sie die Module der absoluten Abweichungen der Ergebnisse einzelner Messungen vom Durchschnitt:

7) finde einen zufälligen Fehler;

8) Finde den Instrumentenfehler;

9) Finde den Lesefehler;

10) Berechnungsfehler finden;

11) Finde den absoluten Gesamtfehler;

12) zeichne das Ergebnis auf, das den absoluten Gesamtfehler angibt.

2. Das Aktionssystem zum Zeichnen des Abhängigkeitsgraphen Δ t = f(Δ τ ):

1) Koordinatenachsen zeichnen; bezeichnen die Abszissenachse Δ τ , mit, und die y-Achse ist Δ t, 0 С;

2) wähle die Skalen für jede der Achsen aus und wende Skalen auf die Achsen an;

3) stellen die Intervalle der Werte Δ dar τ und Δ t für jede Erfahrung;

4) Zeichnen Sie eine glatte Linie, so dass sie innerhalb der Intervalle verläuft.

3. BA Nr. 1 - Wasser mit einem Gewicht von 100 g bei einer Anfangstemperatur von 18 0 С:

1) Um die Temperatur zu messen, verwenden wir ein Thermometer mit einer Skala von bis zu 100 0 С; Um die Erwärmungszeit zu messen, verwenden wir eine 60-Sekunden-Stoppuhr. Diese Instrumente erfordern keine Anpassungen;

2) Beim Messen der Aufheizzeit auf eine feste Temperatur sind zufällige Fehler möglich. Daher führen wir 5 Messungen von Zeitintervallen durch, wenn auf dieselbe Temperatur erhitzt wird (in den Berechnungen wird dies den zufälligen Fehler verdreifachen). Bei der Messung der Temperatur wurden keine zufälligen Fehler gefunden. Daher gehen wir davon aus, dass der absolute Fehler bei der Bestimmung t, 0 C ist gleich dem Instrumentenfehler des verwendeten Thermometers, d. h. dem Skalenteilwert 2 0 C (Tabelle 3);

3) Erstellen Sie eine Tabelle zur Aufzeichnung und Verarbeitung der Messergebnisse:

Erfahrungsnummer
At, 0 C	18±2	25±2	40±2	55±2	70±2	85±2	100±2
τ 1 , s		29,0	80,0	145,0	210,0	270,0	325,0
t2, s		25,0	90,0	147,0	205,0	265,0	327,0
t 3 s		30,0	85,0	150,0	210,0	269,0	330,0
t4, s		27,0	89,0	143,0	202,0	272,0	330,0
t5, s		26,0	87,0	149,0	207,0	269,0	329,0
tav, s		27,4	86,2	146,8	206,8	269,0	328,2

4) die Ergebnisse der durchgeführten Messungen werden in die Tabelle eingetragen;

5) arithmetisches Mittel jeder Messung τ berechnet und in der letzten Zeile der Tabelle angegeben;

für Temperatur 25 0 C:

7) Finden Sie einen zufälligen Messfehler:

8) Der instrumentelle Fehler der Stoppuhr wird jeweils unter Berücksichtigung der vollen Kreise des Sekundenzeigers ermittelt (dh wenn ein voller Kreis einen Fehler von 1,5 s ergibt, ergibt ein halber Kreis 0,75 s und 2,3 Kreise - 3,45 s) . Im ersten Versuch Δ t und= 0,7 s;

9) Der Fehler beim Ablesen einer mechanischen Stoppuhr wird gleich einer Teilung der Skala genommen: Δ t über= 1,0 s;

10) der Berechnungsfehler ist in diesem Fall Null;

11) Berechnen Sie den absoluten Gesamtfehler:

Δ t = Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 4,44 + 0,7 + 1,0 + 0 = 6,14 s ≈ 6,1 s;

(hier wird das Endergebnis auf eine signifikante Stelle abgerundet);

12) Notieren Sie das Messergebnis: t= (27,4 ± 6,1) s

6 a) berechnen wir die Module der absoluten Abweichungen der Ergebnisse einzelner Beobachtungen vom Mittelwert für Temperatur 40 0 ​​​​С:

Δ t und= 2,0 s;

t über= 1,0 s;

Δ t = Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 8,88 + 2,0 + 1,0 + 0 = 11,88 s ≈ 11,9 s;

t= (86,2 ± 11,9) s

für Temperatur 55 0 С:

Δ t und= 3,5 s;

t über= 1,0 s;

Δ t = Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 6,72 + 3,5 + 1,0 + 0 = 11,22 s ≈ 11,2 s;

t= (146,8 ± 11,2) s

für Temperatur 70 0 С:

Δ t und= 5,0 s;

t über= 1,0 s;

Δ t= Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 7,92 + 5,0 + 1,0 + 0 = 13,92 s ≈ 13,9 s;

12 c) Notieren Sie das Messergebnis: t= (206,8 ± 13,9) s

für Temperatur 85 0 C:

Δ t und= 6,4 s;

9 d) Ablesefehler der mechanischen Stoppuhr Δt о = 1,0 s;

Δt = Δt C + Δt und + Δt 0 + Δt B = 4,8 + 6,4 + 1,0 + 0 = 12,2 s;

t= (269,0 ± 12,2) s

für Temperatur 100 0 C:

Δ t und= 8,0 s;

t über= 1,0 s;

10 e) der Berechnungsfehler ist in diesem Fall Null;

Δ t = Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 5,28 + 8,0 + 1,0 + 0 = 14,28 s ≈ 14,3 s;

t= (328,2 ± 14,3) s.

Die Ergebnisse der Berechnungen werden in Form einer Tabelle präsentiert, die die Unterschiede in den End- und Anfangstemperaturen in jedem Experiment und die Zeit des Erhitzens des Wassers zeigt.

4. Lassen Sie uns ein Diagramm der Abhängigkeit der Änderung der Wassertemperatur von der Wärmemenge (Aufheizzeit) erstellen (Abb. 14). Beim Plotten wird in allen Fällen das Intervall des Zeitmessfehlers angezeigt. Die Strichstärke entspricht dem Temperaturmessfehler.

Reis. 14. Diagramm der Abhängigkeit der Änderung der Wassertemperatur vom Zeitpunkt seiner Erwärmung

5. Wir stellen fest, dass das erhaltene Diagramm dem Diagramm der direkten Proportionalität ähnelt j=kx. Koeffizientenwert k in diesem Fall ist es leicht aus dem Diagramm zu bestimmen. Daher können wir endlich Δ schreiben t= 0,25Δ τ . Aus dem konstruierten Diagramm können wir schließen, dass die Wassertemperatur direkt proportional zur Wärmemenge ist.

6. Wiederholen Sie alle Messungen für BA Nr. 2 - Sonnenblumenöl.
In der Tabelle sind in der letzten Zeile die durchschnittlichen Ergebnisse angegeben.

t, 0C	18±2	25±2	40±2	55±2	70±2	85±2	100±2
t1, c		10,0	38,0	60,0	88,0	110,0	136,0
t2, c		11,0	36,0	63,0	89,0	115,0	134,0
t3, c		10,0	37,0	62,0	85,0	112,0	140,0
t4, c		9,0	38,0	63,0	87,0	112,0	140,0
t5, c		12,0	35,0	60,0	87,0	114,0	139,0
t vgl, c		10,4	36,8	61,6	87,2	112,6	137,8

6) Berechnen Sie die Module der absoluten Abweichungen der Ergebnisse einzelner Beobachtungen vom Durchschnitt für Temperatur 25 0 С:

1) Finden Sie einen zufälligen Messfehler:

2) der instrumentelle Fehler der jeweiligen Stoppuhr wird auf die gleiche Weise wie in der ersten Versuchsreihe gefunden. Im ersten Versuch Δ t und= 0,3 s;

3) Der Fehler beim Ablesen einer mechanischen Stoppuhr wird gleich einer Teilung der Skala genommen: Δ t über= 1,0 s;

4) der Berechnungsfehler ist in diesem Fall Null;

5) Berechnen Sie den absoluten Gesamtfehler:

Δ t = Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 2,64 + 0,3 + 1,0 + 0 = 3,94 s ≈ 3,9 s;

6) Notieren Sie das Messergebnis: t= (10,4 ± 3,9) s

6 a) Wir berechnen die Module der absoluten Abweichungen der Ergebnisse einzelner Beobachtungen vom Mittelwert für Temperatur 40 0 ​​​​С:

7 a) finden wir einen zufälligen Messfehler:

8 a) Gerätefehler der Stoppuhr im zweiten Experiment
Δ t und= 0,8 s;

9 a) Ablesefehler der mechanischen Stoppuhr Δ t über= 1,0 s;

10 a) der Berechnungsfehler ist in diesem Fall Null;

11 a) berechnen wir den absoluten Gesamtfehler:

Δ t = Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 3,12 + 0,8 + 1,0 + 0 = 4,92 s ≈ 4,9 s;

12 a) Schreibe das Messergebnis auf: t= (36,8 ± 4,9) s

6 b) berechnen wir die Module der absoluten Abweichungen der Ergebnisse einzelner Beobachtungen vom Mittelwert für Temperatur 55 0 С:

7 b) finden wir einen zufälligen Messfehler:

8 b) instrumenteller Fehler der Stoppuhr in diesem Experiment
Δ t und= 1,5 s;

9 b) Ablesefehler der mechanischen Stoppuhr Δ t über= 1,0 s;

10 b) der Berechnungsfehler ist in diesem Fall Null;

11 b) berechnen wir den absoluten Gesamtfehler:

Δ t = Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 3,84 + 1,5 + 1,0 + 0 = 6,34 s ≈ 6,3 s;

12 b) Messergebnis notieren: t= (61,6 ± 6,3) s

6 c) Wir berechnen die Module der absoluten Abweichungen der Ergebnisse einzelner Beobachtungen vom Mittelwert für Temperatur 70 0 С:

7 c) finden wir einen zufälligen Messfehler:

8 c) Instrumentenfehler der Stoppuhr in diesem Experiment
Δ t und= 2,1 s;

9 c) Ablesefehler der mechanischen Stoppuhr Δ t über= 1,0 s;

10 c) der Berechnungsfehler ist in diesem Fall Null;

11 c) berechnen wir den absoluten Gesamtfehler:

Δ t = Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 2,52 + 2,1 + 1,0 + 0 = 5,62 s ≈ 5,6 s;

12 c) Schreiben Sie das Messergebnis auf: t = (87,2 ± 5,6) s

6 d) Berechnen Sie die Module der absoluten Abweichungen der Ergebnisse einzelner Beobachtungen vom Mittelwert für Temperatur 85 0 C:

7 d) finden wir einen zufälligen Messfehler:

8 d) Instrumenteller Fehler der Stoppuhr in diesem Experiment
Δ t und= 2,7 s;

9 d) Ablesefehler der mechanischen Stoppuhr Δ t über= 1,0 s;

10 d) der Berechnungsfehler ist in diesem Fall Null;

11 d) berechnen wir den absoluten Gesamtfehler:

Δ t = Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 4,56 + 2,7 + 1,0 + 0 = 8,26 s ≈ 8,3;

12 d) Schreibe das Messergebnis auf: t= (112,6 ± 8,3) s

6 e) Berechnen Sie die Module der absoluten Abweichungen der Ergebnisse einzelner Beobachtungen vom Mittelwert für Temperatur 100 0 C:

7 e) finden wir einen zufälligen Messfehler:

8 e) Gerätefehler der Stoppuhr in diesem Experiment
Δ t und= 3,4 s;

9 e) Ablesefehler der mechanischen Stoppuhr Δ t über= 1,0 s;

10 e) Der Berechnungsfehler ist in diesem Fall Null.

11 e) berechnen wir den absoluten Gesamtfehler:

Δ t = Δ tC + Δ t und + Δ t0 + Δ tB= 5,28 + 3,4 + 1,0 + 0 = 9,68 s ≈ 9,7 s;

12 e) Notieren Sie das Messergebnis: t= (137,8 ± 9,7) s.

Die Ergebnisse der Berechnungen werden in Form einer Tabelle präsentiert, die die Unterschiede in den End- und Anfangstemperaturen in jedem Experiment und der Erwärmungszeit von Sonnenblumenöl zeigt.

7. Lassen Sie uns ein Diagramm der Abhängigkeit der Änderung der Öltemperatur von der Heizzeit erstellen (Abb. 15). Beim Plotten wird in allen Fällen das Intervall des Zeitmessfehlers angezeigt. Die Strichstärke entspricht dem Temperaturmessfehler.

Reis. 15. Diagramm der Abhängigkeit der Änderung der Wassertemperatur vom Zeitpunkt seiner Erwärmung

8. Der konstruierte Graph ähnelt einem Graphen einer direkten proportionalen Beziehung j=kx. Koeffizientenwert k in diesem Fall ist es einfach aus der Grafik zu finden. Daher können wir endlich Δ schreiben t= 0,6Δ τ .

Aus dem konstruierten Diagramm können wir schließen, dass die Temperatur von Sonnenblumenöl direkt proportional zur Wärmemenge ist.

9. Wir formulieren die Antwort auf die PZ: Die Temperatur der Flüssigkeit ist direkt proportional zur Wärmemenge, die der Körper beim Erhitzen aufnimmt.

Beispiel 3. PZ: Art der Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Widerstand einstellen R n vom Wert des Ersatzwiderstands des Schaltungsabschnitts AB (das Problem wird an einem Versuchsaufbau gelöst, dessen schematisches Diagramm in Abb. 16 gezeigt ist).

Um dieses Problem zu lösen, müssen Sie die folgenden Schritte ausführen.

1. Erstellen Sie ein Aktionssystem zum Erhalten und Verarbeiten der Ergebnisse der Messung des Ersatzwiderstands eines Schaltungsabschnitts und der Spannung an der Last R n(Siehe Abschnitt 2.2.8 oder Abschnitt 2.2.9).

2. Erstellen Sie ein Aktionssystem zum Auftragen der Abhängigkeit der Ausgangsspannung (an einem Widerstand R n) aus dem Ersatzwiderstand des Schaltungsabschnitts AB.

3. Wählen Sie ROI Nr. 1 - einen Abschnitt mit einem bestimmten Wert Rn1 und alle in den Absätzen 1 und 2 vorgesehenen Maßnahmen durchzuführen.

4. Wählen Sie eine aus der Mathematik bekannte funktionale Abhängigkeit, deren Graph der experimentellen Kurve ähnlich ist.

5. Schreiben Sie diesen funktionalen Zusammenhang für die Belastung mathematisch auf Rn1 und formulieren ihr die Antwort auf die Erkenntnisaufgabe.

6. Wählen Sie ROI Nr. 2 - ein Segment des Flugzeugs mit einem anderen Widerstandswert RH2 und führe damit dasselbe Aktionssystem aus.

7. Wählen Sie eine in der Mathematik bekannte funktionale Abhängigkeit aus, deren Graph der experimentellen Kurve ähnlich ist.

8. Schreiben Sie diese funktionale Abhängigkeit für den Widerstand mathematisch auf RH2 und formulieren ihm die Antwort auf die Erkenntnisaufgabe.

9. Formulieren Sie in verallgemeinerter Form einen funktionalen Zusammenhang zwischen den Größen.

Bericht über die Identifizierung der Art der Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Widerstand R n aus dem Ersatzwiderstand des Schaltungsabschnitts AB

(in gekürzter Fassung)

Die unabhängige Variable ist der Ersatzwiderstand des Schaltungsabschnitts AB, der mit einem Digitalvoltmeter gemessen wird, das an die Punkte A und B der Schaltung angeschlossen ist. Die Messungen wurden an der Grenze von 1000 Ohm durchgeführt, dh die Messgenauigkeit entspricht dem Preis der niederwertigsten Ziffer, die ±1 Ohm entspricht.

Die abhängige Variable war der Wert der am Lastwiderstand abgenommenen Ausgangsspannung (Punkte B und C). Als Messgerät wurde ein Digitalvoltmeter mit einer Mindestentladung von Hundertstel Volt verwendet.

Reis. 16. Schema des Versuchsaufbaus zur Untersuchung der Art der Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Wert des Ersatzwiderstandes der Schaltung

Der Ersatzwiderstand wurde mit den Tasten Q 1 , Q 2 und Q 3 geändert. Der Einfachheit halber wird der eingeschaltete Zustand der Taste mit "1" und der ausgeschaltete Zustand mit "0" bezeichnet. In dieser Kette sind nur 8 Kombinationen möglich.

Für jede Kombination wurde die Ausgangsspannung fünfmal gemessen.

Folgende Ergebnisse wurden während der Studie erzielt:

Erfahrungsnummer	Schlüsselstatus	Äquivalenter Widerstand BETREFFEND, Ohm	Ausgangsspannung, U aus, BEIM
U 1,BEIM	U 2, BEIM	U 3, BEIM	U 4, BEIM	u 5, BEIM
Q 3 Q 2 Q 1
	0 0 0		0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
	0 0 1	800±1	1,36	1,35	1,37	1,37	1,36
	0 1 0	400±1	2,66	2,67	2,65	2,67	2,68
	0 1 1	267±1	4,00	4,03	4,03	4,01	4,03
	1 0 0	200±1	5,35	5,37	5,36	5,33	5,34
	1 0 1	160±1	6,70	6,72	6,73	6,70	6,72
	1 1 0	133±1	8,05	8,10	8,05	8,00	8,10
	1 1 1	114±1	9,37	9,36	9,37	9,36	9,35

Die Ergebnisse der experimentellen Datenverarbeitung sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

№	Q 3 Q 2 Q 1	BETREFFEND, Ohm	U Mi, BEIM	U vgl. env. , BEIM	Δ U Mi, BEIM	Δ U und, BEIM	Δ U ungefähr, BEIM	Δ U rein, BEIM	Δ U, BEIM	U, BEIM
	0 0 0		0,00	0,00	0,00	0,01	0,01	0,00	0,02	0,00 ± 0,02
	0 0 1	800±1	1,362	1,36	0,0192	0,01	0,01	0,002	0,0412	1,36 ± 0,04
	0 1 0	400±1	2,666	2,67	0,0264	0,01	0,01	0,004	0,0504	2,67 ± 0,05
	0 1 1	267±1	4,02	4,02	0,036	0,01	0,01	0,00	0,056	4,02 ± 0,06
	1 0 0	200±1	5,35	5,35	0,036	0,01	0,01	0,00	0,056	5,35 ± 0,06
	1 0 1	160±1	6,714	6,71	0,0336	0,01	0,01	0,004	0,0576	6,71 ± 0,06
	1 1 0	133±1	8,06	8,06	0,096	0,01	0,01	0,00	0,116	8,06 ± 0,12
	1 1 1	114±1	9,362	9,36	0,0192	0,01	0,01	0,002	0,0412	9,36 ± 0,04

Wir erstellen ein Diagramm der Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Wert des Ersatzwiderstands U = f(BETREFFEND).

Beim Erstellen eines Diagramms entspricht die Linienlänge dem Messfehler Δ U, individuell für jedes Experiment (maximaler Fehler Δ U= 0,116 V, was im gewählten Maßstab etwa 2,5 mm in der Grafik entspricht). Die Strichstärke entspricht dem Messfehler des Ersatzwiderstandes. Das resultierende Diagramm ist in Abb. 17.

Reis. 17. Diagramm der Abhängigkeit der Ausgangsspannung

aus dem Wert des Ersatzwiderstandes im Abschnitt AB

Das Diagramm ähnelt einem umgekehrt proportionalen Diagramm. Um dies zu verifizieren, zeichnen wir die Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Kehrwert des Ersatzwiderstandes auf U = f(1/BETREFFEND), also von der Leitfähigkeit σ Ketten. Der Einfachheit halber werden die Daten für dieses Diagramm in Form der folgenden Tabelle dargestellt:

Die resultierende Grafik (Abb. 18) bestätigt die obige Annahme: die Ausgangsspannung am Lastwiderstand Rn1 umgekehrt proportional zum Ersatzwiderstand des Schaltungsabschnitts AB: U = 0,0017/BETREFFEND.

Wir wählen ein anderes Untersuchungsobjekt: RI Nr. 2 - ein anderer Wert des Lastwiderstands RH2, und führen Sie die gleichen Schritte aus. Wir erhalten ein ähnliches Ergebnis, aber mit einem anderen Koeffizienten k.

Wir formulieren die Antwort auf die PZ: die Ausgangsspannung am Lastwiderstand R n umgekehrt proportional zum Wert des Ersatzwiderstandes eines aus drei parallel geschalteten Leitern bestehenden Schaltungsabschnitts, der in einer von acht Kombinationen enthalten sein kann.

Reis. 18. Diagramm der Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Leitfähigkeit des Schaltungsabschnitts AB

Beachten Sie, dass das betrachtete Schema ist Digital-Analog-Wandler (DAC) - ein Gerät, das einen digitalen Code (in diesem Fall binär) in ein analoges Signal (in diesem Fall Spannung) umwandelt.

Planung von Aktivitäten zur Lösung der kognitiven Aufgabe Nr. 4

Die experimentelle Bestimmung eines bestimmten Werts einer bestimmten physikalischen Größe (Lösung des kognitiven Problems Nr. 4) kann in zwei Situationen durchgeführt werden: 1) das Verfahren zum Auffinden der angezeigten physikalischen Größe ist unbekannt und 2) das Verfahren zum Auffinden dieser Größe ist unbekannt bereits entwickelt worden. In der ersten Situation besteht die Notwendigkeit, eine Methode (Aktionssystem) zu entwickeln und die Ausrüstung für ihre praktische Umsetzung auszuwählen. In der zweiten Situation besteht die Notwendigkeit, diese Methode zu studieren, dh herauszufinden, welche Ausrüstung für die praktische Umsetzung dieser Methode verwendet werden sollte und welches das System von Aktionen sein sollte, deren sequentielle Ausführung es ermöglicht, a zu erhalten bestimmter Wert einer bestimmten Menge in einer bestimmten Situation. Beiden Situationen gemeinsam ist der Ausdruck der erforderlichen Menge durch andere Größen, deren Wert durch direkte Messung gefunden werden kann. Es wird gesagt, dass in diesem Fall die Person eine indirekte Messung vornimmt.

Durch indirekte Messung erhaltene Mengenwerte sind ungenau. Das ist verständlich: Sie basieren auf den Ergebnissen direkter Messungen, die immer ungenau sind. In diesem Zusammenhang muss das Aktionssystem zur Lösung der kognitiven Aufgabe Nr. 4 unbedingt Aktionen zur Berechnung von Fehlern enthalten.

Um die Fehler indirekter Messungen zu finden, wurden zwei Methoden entwickelt: die Methode der Fehlergrenzen und die Methode der Grenzen. Betrachten Sie jeweils den Inhalt.

Fehlergebundene Methode

Die Fehlergrenzenmethode basiert auf der Differentiation.

Lassen Sie die indirekt gemessene Größe beim ist eine Funktion mehrerer Argumente: y = f(X 1 , X 2 , …, X N).

Mengen X 1, X 2, ..., X n gemessen durch direkte Methoden mit absoluten Fehlern Δ X1,Δ X 2 , …,Δ X N. Als Ergebnis der Wert beim wird auch mit einem gewissen Fehler Δ gefunden j.

Normalerweise Δ x1<< Х 1, Δ X2<< Х 2 , …, Δ X N<< Х n , Δ j<< у. Daher können wir zu infinitesimalen Werten gehen, dh Δ ersetzen X1,Δ X 2 , …,Δ XN,Δ j ihre Differentiale dX 1, dX 2, ..., dX N, dy bzw. Dann der relative Fehler

Der relative Fehler einer Funktion ist gleich dem Differential ihres natürlichen Logarithmus.

Auf der rechten Seite der Gleichheit werden anstelle von Differentialen der Variablen ihre absoluten Fehler und anstelle der Größen selbst ihre Durchschnittswerte eingesetzt. Um die Obergrenze des Fehlers zu bestimmen, wird die algebraische Fehlersumme durch Arithmetik ersetzt.

Finde den absoluten Fehler, wenn du den relativen Fehler kennst

Δ beim= ε u ּu,

wo statt beim ersetzen Sie den als Ergebnis der Messung erhaltenen Wert

U ismus = f (<X1>, <Х 2 >, ..., <Х n > ).

Alle Zwischenrechnungen werden nach den Regeln der Näherungsrechnung mit einer Ersatzziffer durchgeführt. Das Endergebnis und Fehler werden nach allgemeinen Regeln gerundet. Die Antwort ist geschrieben als

Y = Y-Messwert± Δ Beim; ε y \u003d ...

Ausdrücke für relative und absolute Fehler hängen vom Funktionstyp ab j. Die wichtigsten Formeln, die häufig in der Laborarbeit vorkommen, sind in Tabelle 5 dargestellt.

Für diese Aufgabe können Sie 2020 2 Punkte auf die Prüfung bekommen

Task 11 des USE in Physics widmet sich den Grundlagen der Thermodynamik und molekularkinetischen Theorie. Das allgemeine Thema dieses Tickets ist die Erklärung verschiedener Phänomene.

Die Aufgabe 11 des Einheitlichen Staatsexamens in Physik ist immer gleich aufgebaut: Dem Schüler wird ein Diagramm oder eine Beschreibung einer Abhängigkeit angeboten (die Freisetzung von Wärmeenergie bei Erwärmung eines Körpers, eine Änderung des Gasdrucks in Abhängigkeit von seiner Temperatur oder Dichte, alle Prozesse in einem idealen Gas). Danach werden fünf Aussagen gegeben, die sich direkt oder indirekt auf das Thema des Tickets beziehen und eine textuelle Beschreibung thermodynamischer Gesetzmäßigkeiten darstellen. Aus diesen muss der Student zwei Aussagen auswählen, die er für wahr hält und die der Bedingung entsprechen.

Die Aufgabe 11 des Einheitlichen Staatsexamens Physik schreckt Studierende meist ab, weil sie viele digitale Daten, Tabellen und Grafiken enthält. Tatsächlich ist es theoretisch und der Schüler muss bei der Beantwortung der Frage nichts berechnen. Daher verursacht diese Frage in der Regel keine besonderen Schwierigkeiten. Der Schüler muss jedoch seine Fähigkeiten angemessen einschätzen und es wird nicht empfohlen, bei der elften Aufgabe „aufzubleiben“, da die Zeit zur Bearbeitung des gesamten Tests auf eine bestimmte Anzahl von Minuten begrenzt ist.