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Parte 2

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No processo de ebulição de um líquido, pré-aquecido ao ponto de ebulição, a energia

1) para aumentar a velocidade média das moléculas

2) aumentar a velocidade média de movimento das moléculas e superar as forças de interação entre as moléculas

3) superar as forças de interação entre as moléculas sem aumentar a velocidade média de seu movimento

4) aumentar a velocidade média de movimento das moléculas e aumentar as forças de interação entre as moléculas

Decisão.

Ao ferver, a temperatura do líquido não muda, mas ocorre o processo de transição para outro estado de agregação. A formação de outro estado de agregação ocorre com a superação das forças de interação entre as moléculas. A constância da temperatura também significa a constância da velocidade média das moléculas.

Resposta: 3

Fonte: GIA em Física. onda principal. Opção 1313.

Um recipiente aberto com água é colocado em um laboratório, que mantém uma certa temperatura e umidade. A taxa de evaporação será igual à taxa de condensação da água no recipiente

1) somente se a temperatura no laboratório for superior a 25 °C

2) somente sob a condição de que a umidade no laboratório seja de 100%

3) apenas com a condição de que a temperatura no laboratório seja inferior a 25 ° C e a umidade do ar seja inferior a 100%

4) em qualquer temperatura e umidade no laboratório

Decisão.

A taxa de evaporação será igual à taxa de condensação da água no vaso somente se a umidade do laboratório for 100%, independente da temperatura. Neste caso, o equilíbrio dinâmico será observado: quantas moléculas evaporaram, o mesmo número condensado.

A resposta correta está numerada 2.

Resposta: 2

Fonte: GIA em Física. onda principal. Opção 1326.

1) para aquecer 1 kg de aço em 1 °C, é necessário gastar 500 J de energia

2) para aquecer 500 kg de aço em 1 °C, é necessário gastar 1 J de energia

3) para aquecer 1 kg de aço em 500 °C, é necessário gastar 1 J de energia

4) para aquecer 500 kg de aço em 1 °C, é necessário gastar 500 J de energia

Decisão.

A capacidade calorífica específica caracteriza a quantidade de energia que deve ser transmitida a um quilograma de uma substância para aquela que o corpo consiste, a fim de aquecê-lo em um grau Celsius. Assim, para aquecer 1 kg de aço em 1 °C, é necessário gastar 500 J de energia.

A resposta correta está numerada 1.

Resposta 1

Fonte: GIA em Física. onda principal. Extremo Oriente. Opção 1327.

A capacidade calorífica específica do aço é de 500 J/kg °C. O que isto significa?

1) quando 1 kg de aço é resfriado a 1°C, uma energia de 500 J é liberada

2) quando 500 kg de aço são resfriados a 1°C, a energia de 1 J é liberada

3) ao resfriar 1 kg de aço a 500 ° C, a energia de 1 J é liberada

4) ao resfriar 500 kg de aço, 500 J de energia são liberados por 1 ° C

Decisão.

A capacidade calorífica específica caracteriza a quantidade de energia que deve ser transmitida a um quilograma de uma substância para aquecê-la em um grau Celsius. Assim, para aquecer 1 kg de aço em 1 °C, é necessário gastar 500 J de energia.

A resposta correta está numerada 1.

Resposta 1

Fonte: GIA em Física. onda principal. Extremo Oriente. Opção 1328.

Regina Magadeeva 09.04.2016 18:54

No livro didático da oitava série, minha definição de capacidade calorífica específica é assim: uma quantidade física numericamente igual à quantidade de calor que deve ser transferida para um corpo de massa de 1 kg para que sua temperatura mude! em 1 grau. A solução diz que a capacidade de calor específico é necessária para aquecer em 1 grau.

1. Plote a temperatura (t i) (por exemplo t 2) versus o tempo de aquecimento (t, min). Verifique se o estado estacionário foi alcançado.

3. Calcule os valores de e lnA apenas para o modo estacionário, insira os resultados dos cálculos na tabela.

4. Construir um gráfico da dependência de x i, tomando como origem a posição do primeiro termopar x 1 = 0 (as coordenadas dos termopares estão indicadas na instalação). Trace uma linha reta passando pelos pontos dados.

5. Determine a tangente média da inclinação ou

6. Usando a fórmula (10), levando em consideração (11), calcule a condutividade térmica do metal e determine o erro de medição.

7. Usando um livro de referência, determine o metal do qual a haste é feita.

perguntas do teste

1. Que fenômeno é chamado de condutividade térmica? Escreva a equação dele. O que caracteriza o gradiente de temperatura?

2. Qual é o portador de energia térmica nos metais?

3. Que modo é chamado de estacionário? Obtenha a equação (5) que descreve este modo.

4. Deduza a fórmula (10) para o coeficiente de condutividade térmica.

5. O que é um termopar? Como ele pode ser usado para medir a temperatura em um determinado ponto da haste?

6. Qual é o método para medir a condutividade térmica neste trabalho?

Laboratório nº 11

Fabricação e calibração de um sensor de temperatura baseado em um termopar

Objetivo: familiarização com o método de fabricação de um termopar; fabricação e calibração de um sensor de temperatura baseado em um termopar; usando uma sonda de temperatura para determinar o ponto de fusão da liga de Wood.

Introdução

A temperatura é uma grandeza física que caracteriza o estado de equilíbrio termodinâmico de um sistema macroscópico. Sob condições de equilíbrio, a temperatura é proporcional à energia cinética média do movimento térmico das partículas do corpo. A faixa de temperatura na qual os processos físicos, químicos e outros ocorrem é excepcionalmente ampla: de zero absoluto a 10 11 K e acima.

A temperatura não pode ser medida diretamente; seu valor é determinado pela mudança de temperatura de alguma propriedade física da substância que é conveniente para medição. Tais propriedades termométricas podem ser: pressão do gás, resistência elétrica, expansão térmica de um líquido, velocidade de propagação do som.

Ao construir uma escala de temperatura, o valor de temperatura t 1 e t 2 é atribuído a dois pontos fixos de temperatura (o valor do parâmetro físico medido) x \u003d x 1 e x \u003d x 2, por exemplo, o ponto de fusão do gelo e o ponto de ebulição da água. A diferença de temperatura t 2 - t 1 é chamada de intervalo de temperatura principal da escala. A escala de temperatura é uma relação numérica funcional específica da temperatura com os valores da propriedade termométrica medida. Um número ilimitado de escalas de temperatura é possível, diferindo em propriedades termométricas, dependência aceita t(x) e temperaturas de pontos fixos. Por exemplo, existem escalas de Celsius, Réaumur, Fahrenheit e outras.A desvantagem fundamental das escalas de temperatura empíricas é sua dependência da substância termométrica. Esta deficiência está ausente na escala de temperatura termodinâmica baseada na segunda lei da termodinâmica. Para processos de equilíbrio, a igualdade é verdadeira:

onde: Q 1 - a quantidade de calor recebida pelo sistema do aquecedor na temperatura T 1; e Q 2 - a quantidade de calor fornecida ao refrigerador a uma temperatura de T 2. As proporções não dependem das propriedades do fluido de trabalho e permitem determinar a temperatura termodinâmica a partir dos valores Q 1 e Q 2 disponíveis para medições. É costume considerar T 1 \u003d 0 K - em temperaturas de zero absoluto e T 2 \u003d 273,16 K no ponto triplo da água. A temperatura na escala termodinâmica é expressa em graus Kelvin (0 K). A introdução de T 1 = 0 é uma extrapolação e não requer a implementação do zero absoluto.

Ao medir a temperatura termodinâmica, geralmente é usada uma das consequências estritas da segunda lei da termodinâmica, que conecta uma propriedade termodinâmica convenientemente medida com a temperatura termodinâmica. Entre tais relações: as leis de um gás ideal, as leis da radiação do corpo negro, etc. Em uma ampla faixa de temperaturas, aproximadamente do ponto de ebulição do hélio ao ponto de solidificação do ouro, as medições de temperatura termodinâmicas mais precisas são fornecidas por um termômetro de gás.

Na prática, medir a temperatura em uma escala termodinâmica é difícil. O valor dessa temperatura geralmente é marcado em um conveniente termômetro secundário, que é mais estável e sensível do que os instrumentos que reproduzem a escala termodinâmica. Os termômetros secundários são calibrados de acordo com pontos de referência altamente estáveis, cujas temperaturas, de acordo com a escala termodinâmica, são encontradas antecipadamente por medições extremamente precisas.

Neste artigo, um termopar (o contato de dois metais diferentes) é usado como termômetro secundário, e as temperaturas de fusão e ebulição de várias substâncias são usadas como pontos de referência. A propriedade termométrica de um termopar é a diferença de potencial de contato.

Um termopar é um circuito elétrico fechado contendo duas junções de dois condutores metálicos diferentes. Se a temperatura das junções for diferente, a corrente elétrica devido à força termoeletromotriz fluirá no circuito. O valor da força termoeletromotriz e é proporcional à diferença de temperatura:

onde k é const se a diferença de temperatura não for muito grande.

O valor de k geralmente não excede várias dezenas de microvolts por grau e depende dos materiais dos quais o termopar é feito.

Exercício 1. Fabricação de termopar

Estudo da taxa de resfriamento da água em uma embarcação

sob várias condições

Executado o comando:

Número da equipe:

Yaroslavl, 2013

Breve descrição dos parâmetros do estudo

Temperatura

O conceito de temperatura corporal parece à primeira vista simples e compreensível. Todo mundo sabe por experiência cotidiana que existem corpos quentes e frios.

Experimentos e observações mostram que quando dois corpos entram em contato, dos quais percebemos um como quente e o outro como frio, ocorrem mudanças nos parâmetros físicos do primeiro e do segundo corpo. “A quantidade física medida por um termômetro e a mesma para todos os corpos ou partes do corpo que estão em equilíbrio termodinâmico entre si é chamada de temperatura.” Quando o termômetro é posto em contato com o corpo em estudo, vemos vários tipos de mudanças: uma “coluna” de líquido se move, o volume de gás muda, etc. Mas logo o equilíbrio termodinâmico necessariamente se estabelece entre o termômetro e o corpo - um estado em que todas as quantidades que caracterizam esses corpos: suas massas, volumes, pressões e assim por diante. A partir deste ponto, o termômetro mostra não apenas sua própria temperatura, mas também a temperatura do corpo que está sendo estudado. Na vida cotidiana, a maneira mais comum de medir a temperatura é com um termômetro líquido. Aqui, a propriedade dos líquidos de se expandirem quando aquecidos é usada para medir a temperatura. Para medir a temperatura de um corpo, um termômetro é colocado em contato com ele, um processo de transferência de calor é realizado entre o corpo e o termômetro até que o equilíbrio térmico seja estabelecido. Para que o processo de medição não altere visivelmente a temperatura corporal, a massa do termômetro deve ser significativamente menor que a massa do corpo cuja temperatura está sendo medida.

Troca de calor

Quase todos os fenômenos do mundo externo e várias mudanças no corpo humano são acompanhados por uma mudança na temperatura. Os fenômenos de transferência de calor acompanham toda a nossa vida diária.

No final do século XVII, o famoso físico inglês Isaac Newton levantou a hipótese: “A taxa de transferência de calor entre dois corpos é tanto maior quanto mais suas temperaturas diferem (por taxa de transferência de calor queremos dizer a mudança na temperatura por unidade de tempo ). A transferência de calor sempre ocorre em uma determinada direção: de corpos com temperatura mais alta para corpos com temperatura mais baixa. Estamos convencidos disso por inúmeras observações, mesmo em nível doméstico (uma colher em um copo de chá aquece e o chá esfria). Quando a temperatura dos corpos se iguala, o processo de transferência de calor para, ou seja, o equilíbrio térmico se estabelece.

Uma afirmação simples e compreensível de que o calor se transfere independentemente apenas de corpos com temperatura mais alta para corpos com temperatura mais baixa, e não vice-versa, é uma das leis fundamentais da física e é chamada de II lei da termodinâmica, esta lei foi formulada no século 18 pelo cientista alemão Rudolf Clausius.

Estudartaxa de resfriamento da água em um recipiente sob várias condições

Hipótese: Assumimos que a taxa de resfriamento da água em um recipiente depende da camada de líquido (óleo, leite) derramada na superfície da água.

Alvo: Determine se a camada superficial da manteiga e a camada superficial do leite afetam a taxa de resfriamento da água.

Tarefas:
1. Estude o fenômeno do resfriamento a água.

2. Determine a dependência da temperatura de resfriamento da água com a camada superficial de óleo no tempo, escreva os resultados em uma tabela.

3. Determine a dependência da temperatura de resfriamento da água com uma camada superficial de leite no tempo, escreva os resultados em uma tabela.

4. Construa gráficos de dependência, analise os resultados.

5. Faça uma conclusão sobre qual camada superficial da água tem maior influência na taxa de resfriamento da água.

Equipamento: vidro de laboratório, cronômetro, termômetro.

Plano experimental:
1. Determinação do valor da divisão da escala do termômetro.

2. Meça a temperatura da água durante o resfriamento a cada 2 minutos.

3. Meça a temperatura quando a água com a camada superficial de óleo esfria a cada 2 minutos.

4. Meça a temperatura quando a água com a camada superficial de leite esfria a cada 2 minutos.

5. Registre os resultados da medição em uma tabela.

6. De acordo com a tabela, desenhe gráficos das dependências da temperatura da água no tempo.

8. Analise os resultados e justifique.

9. Faça uma conclusão.

Conclusão do trabalho

Primeiro, aquecemos água em 3 copos a uma temperatura de 71,5⁰C. Em seguida, despejamos óleo vegetal em um dos copos e leite no outro. O óleo se espalhou sobre a superfície da água, formando uma camada uniforme. O óleo vegetal é um produto extraído de matérias-primas vegetais e constituído por ácidos graxos e substâncias afins. Leite misturado com água (formando uma emulsão), isso indicava que o leite ou estava diluído em água e não correspondia ao teor de gordura indicado na embalagem, ou era feito a partir de um produto seco, e em ambos os casos as propriedades físicas do mudança de leite. O leite natural não diluído com água em água é coletado em um coágulo e não se dissolve por algum tempo. Para determinar o tempo de resfriamento de líquidos, fixamos a temperatura de resfriamento a cada 2 minutos.

Tabela. Estudo do tempo de resfriamento de líquidos.

líquido
água, t,⁰С
água com óleo, t,⁰С
água com leite, t,⁰С

De acordo com a tabela, vemos que as condições iniciais em todos os experimentos foram as mesmas, mas após 20 minutos do experimento, os líquidos apresentam temperaturas diferentes, o que significa que possuem diferentes taxas de resfriamento do líquido.

Isso fica mais claro no gráfico.

No plano de coordenadas com os eixos a temperatura e os pontos marcados no tempo exibem a relação entre essas grandezas. Fazendo a média dos valores, desenhe uma linha. O gráfico mostra uma dependência linear da temperatura de resfriamento da água no tempo de resfriamento sob várias condições.

Calcule a taxa de resfriamento da água:

a) para água

0-10 minutos (ºС/min)

10-20 min (ºС/min)
b) para água com uma camada superficial de óleo

0-10 minutos (ºС/min)

10-20 minutos (ºС/min)
b) para água com leite

0-10 minutos (ºС/min)

10-20 minutos (ºС/min)

Como pode ser visto nos cálculos, a água com óleo resfriou mais lentamente. Isso se deve ao fato de que a camada de óleo não permite que a água troque calor com o ar de forma intensiva. Isso significa que a troca de calor da água com o ar diminui, a taxa de resfriamento da água diminui e a água permanece mais quente por mais tempo. Isso pode ser usado ao cozinhar, por exemplo, ao cozinhar macarrão, depois de ferver água, adicione óleo, o macarrão cozinhará mais rápido e não grudará.

A água sem aditivos tem a maior taxa de resfriamento, o que significa que esfriará mais rapidamente.

Conclusão: assim, verificamos experimentalmente que a camada superficial de óleo tem maior efeito na taxa de resfriamento da água, a taxa de resfriamento diminui e a água resfria mais lentamente.

(a quantidade de calor transferida para o líquido quando aquecido)

1. O sistema de ações para obter e processar os resultados da medição do tempo de aquecimento do líquido a uma determinada temperatura e alteração da temperatura do líquido:

1) verificar se uma emenda precisa ser introduzida; em caso afirmativo, apresentar uma emenda;

2) determinar quantas medições de uma dada grandeza precisam ser feitas;

3) preparar uma tabela para registro e processamento dos resultados das observações;

4) fazer o número especificado de medições de uma determinada quantidade; registrar os resultados das observações em uma tabela;

5) encontre o valor medido da quantidade como a média aritmética dos resultados das observações individuais, levando em consideração a regra do valor da reserva:

6) calcule os módulos de desvios absolutos dos resultados das medições individuais da média:

7) encontre um erro aleatório;

8) encontrar o erro instrumental;

9) encontre o erro de leitura;

10) encontre o erro de cálculo;

11) encontre o erro absoluto total;

12) registre o resultado indicando o erro absoluto total.

2. O sistema de ações para traçar o gráfico de dependência Δ t = f(Δ τ ):

1) desenhar eixos coordenados; denotar o eixo de abcissas Δ τ , com, e o eixo y é Δ t, 0 С;

2) selecione as escalas para cada um dos eixos e aplique escalas nos eixos;

3) descreva os intervalos de valores Δ τ e Δ t para cada experiência;

4) desenhe uma linha suave para que ela corra dentro dos intervalos.

3. IO Nº 1 - agua pesando 100 g a uma temperatura inicial de 18 0 С:

1) para medir a temperatura, usaremos um termômetro com escala de até 100 0 С; para medir o tempo de aquecimento, usaremos um cronômetro mecânico de sessenta segundos. Esses instrumentos não requerem ajustes;

2) ao medir o tempo de aquecimento a uma temperatura fixa, são possíveis erros aleatórios. Portanto, realizaremos 5 medições de intervalos de tempo quando aquecidos à mesma temperatura (nos cálculos, isso triplicará o erro aleatório). Ao medir a temperatura, não foram encontrados erros aleatórios. Portanto, vamos supor que o erro absoluto na determinação t, 0 C é igual ao erro instrumental do termômetro utilizado, ou seja, o valor da divisão da escala 2 0 C (Tabela 3);

3) faça uma tabela para registrar e processar os resultados da medição:

número de experiência
Δt, 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) os resultados das medições realizadas são inseridos na tabela;

5) média aritmética de cada medição τ calculado e indicado na última linha da tabela;

para temperatura 25 0 C:

7) encontre um erro de medição aleatório:

8) o erro instrumental do cronômetro em cada caso é encontrado levando em consideração os círculos completos feitos pelo ponteiro dos segundos (ou seja, se um círculo completo dá um erro de 1,5 s, então meio círculo dá 0,75 s e 2,3 círculos - 3,45 s). No primeiro experimento Δ t e= 0,7 s;

9) o erro de leitura de um cronômetro mecânico é tomado igual a uma divisão da escala: Δ t sobre= 1,0 s;

10) o erro de cálculo neste caso é zero;

11) calcule o erro absoluto total:

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

(aqui o resultado final é arredondado para um algarismo significativo);

12) anote o resultado da medição: t= (27,4 ± 6,1) s

6 a) calculamos os módulos de desvios absolutos dos resultados das observações individuais da média para temperatura 40 0 ​​​​С:

Δ t e= 2,0 s;

t sobre= 1,0 s;

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

t= (86,2 ± 11,9) s

para temperatura 55 0 С:

Δ t e= 3,5 s;

t sobre= 1,0 s;

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

t= (146,8 ± 11,2) s

para temperatura 70 0 С:

Δ t e= 5,0 s;

t sobre= 1,0 s;

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

12 c) anote o resultado da medição: t= (206,8 ± 13,9) s

para temperatura 85 0 C:

Δ t e= 6,4 s;

9 d) erro de leitura do cronômetro mecânico Δt о = 1,0 s;

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

t= (269,0 ± 12,2) s

para temperatura 100 0 С:

Δ t e= 8,0 s;

t sobre= 1,0 s;

10 e) o erro de cálculo neste caso é zero;

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

t= (328,2 ± 14,3) s.

Os resultados dos cálculos são apresentados em forma de tabela, que mostra as diferenças nas temperaturas final e inicial em cada experimento e o tempo de aquecimento da água.

4. Vamos construir um gráfico da dependência da mudança na temperatura da água da quantidade de calor (tempo de aquecimento) (Fig. 14). Ao plotar, em todos os casos, o intervalo de erro de medição de tempo é indicado. A espessura da linha corresponde ao erro de medição de temperatura.

Arroz. 14. Gráfico da dependência da mudança de temperatura da água no tempo de seu aquecimento

5. Estabelecemos que o gráfico que recebemos é semelhante ao gráfico de proporcionalidade direta y=kx. Valor do coeficiente k neste caso, é fácil determinar a partir do gráfico. Portanto, podemos finalmente escrever Δ t= 0,25Δ τ . A partir do gráfico construído, podemos concluir que a temperatura da água é diretamente proporcional à quantidade de calor.

6. Repita todas as medições para OI No. 2 - óleo de girassol.
Na tabela, na última linha, são dados os resultados médios.

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 cf, c		10,4	36,8	61,6	87,2	112,6	137,8

6) calcular os módulos de desvios absolutos dos resultados das observações individuais da média para temperatura 25 0 С:

1) encontre um erro de medição aleatório:

2) o erro instrumental do cronômetro em cada caso é encontrado da mesma forma que na primeira série de experimentos. No primeiro experimento Δ t e= 0,3 s;

3) o erro de leitura de um cronômetro mecânico é tomado igual a uma divisão da escala: Δ t sobre= 1,0 s;

4) o erro de cálculo neste caso é zero;

5) calcule o erro absoluto total:

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

6) anote o resultado da medição: t= (10,4 ± 3,9) s

6 a) Calculamos os módulos de desvios absolutos dos resultados das observações individuais da média para temperatura 40 0 ​​​​С:

7 a) encontramos um erro de medição aleatório:

8 a) erro instrumental do cronômetro no segundo experimento
Δ t e= 0,8 s;

9 a) erro de leitura do cronômetro mecânico Δ t sobre= 1,0 s;

10 a) o erro de cálculo neste caso é zero;

11 a) calculamos o erro absoluto total:

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

12 a) anote o resultado da medição: t= (36,8 ± 4,9) s

6 b) calculamos os módulos de desvios absolutos dos resultados das observações individuais da média para temperatura 55 0 С:

7 b) encontramos um erro de medição aleatório:

8 b) erro instrumental do cronômetro neste experimento
Δ t e= 1,5 s;

9 b) erro de leitura do cronômetro mecânico Δ t sobre= 1,0 s;

10 b) o erro de cálculo neste caso é zero;

11 b) calculamos o erro absoluto total:

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

12 b) anote o resultado da medição: t= (61,6 ± 6,3) s

6 c) calculamos os módulos de desvios absolutos dos resultados das observações individuais da média para temperatura 70 0 С:

7 c) encontramos um erro de medição aleatório:

8 c) erro instrumental do cronômetro neste experimento
Δ t e= 2,1 s;

9 c) erro de leitura do cronômetro mecânico Δ t sobre= 1,0 s;

10 c) o erro de cálculo neste caso é zero;

11 c) calculamos o erro absoluto total:

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

12 c) anote o resultado da medição: t = (87,2 ± 5,6) s

6 d) calcular os módulos de desvios absolutos dos resultados das observações individuais da média para temperatura 85 0 C:

7 d) encontramos um erro de medição aleatório:

8 d) erro instrumental do cronômetro neste experimento
Δ t e= 2,7 s;

9 d) erro de leitura do cronômetro mecânico Δ t sobre= 1,0 s;

10 d) o erro de cálculo neste caso é zero;

11 d) calculamos o erro absoluto total:

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

12 d) anote o resultado da medição: t= (112,6 ± 8,3) s

6 e) calcular os módulos de desvios absolutos dos resultados das observações individuais da média para temperatura 100 0 С:

7 e) encontramos um erro de medição aleatório:

8 e) erro instrumental do cronômetro neste experimento
Δ t e= 3,4 s;

9 e) erro de leitura do cronômetro mecânico Δ t sobre= 1,0 s;

10 e) o erro de cálculo neste caso é zero.

11 e) calculamos o erro absoluto total:

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

12 e) anote o resultado da medição: t= (137,8 ± 9,7) s.

Os resultados dos cálculos são apresentados em forma de tabela, que mostra as diferenças nas temperaturas final e inicial em cada experimento e o tempo de aquecimento do óleo de girassol.

7. Vamos construir um gráfico da dependência da mudança na temperatura do óleo no tempo de aquecimento (Fig. 15). Ao plotar, em todos os casos, o intervalo de erro de medição de tempo é indicado. A espessura da linha corresponde ao erro de medição de temperatura.

Arroz. 15. Gráfico da dependência da mudança de temperatura da água no tempo de seu aquecimento

8. O gráfico construído é semelhante a um gráfico de uma relação proporcional direta y=kx. Valor do coeficiente k neste caso, é fácil encontrar a partir do gráfico. Portanto, podemos finalmente escrever Δ t= 0,6Δ τ .

A partir do gráfico construído, podemos concluir que a temperatura do óleo de girassol é diretamente proporcional à quantidade de calor.

9. Formulamos a resposta para o PZ: a temperatura do líquido é diretamente proporcional à quantidade de calor recebida pelo corpo quando aquecido.

Exemplo 3. PZ: defina o tipo de dependência da tensão de saída no resistor R n no valor da resistência equivalente da seção do circuito AB (o problema é resolvido em uma configuração experimental, cujo diagrama esquemático é mostrado na Fig. 16).

Para resolver esse problema, você precisa executar as seguintes etapas.

1. Elaborar um sistema de ações para obter e processar os resultados da medição da resistência equivalente de uma seção de circuito e tensão na carga R n(Consulte a Seção 2.2.8 ou a Seção 2.2.9).

2. Desenhe um sistema de ações para traçar a dependência da tensão de saída (em um resistor R n) da resistência equivalente da seção AB do circuito.

3. Selecione ROI No. 1 - uma seção com um determinado valor R n1 e executar todas as ações previstas nos parágrafos 1 e 2.

4. Escolha uma dependência funcional conhecida em matemática, cujo gráfico seja semelhante à curva experimental.

5. Escreva matematicamente essa dependência funcional para a carga R n1 e formular para ela a resposta para a tarefa cognitiva.

6. Selecione ROI No. 2 - um segmento da aeronave com um valor de resistência diferente RH2 e executar o mesmo sistema de ações com ele.

7. Selecione uma dependência funcional conhecida em matemática, cujo gráfico seja semelhante à curva experimental.

8. Escreva matematicamente essa dependência funcional para resistência RH2 e formular para ele a resposta para a tarefa cognitiva.

9. Formule uma relação funcional entre as quantidades de forma generalizada.

Relatório sobre a identificação do tipo de dependência da tensão de saída na resistência R n da resistência equivalente da seção AB do circuito

(fornecido em uma versão resumida)

A variável independente é a resistência equivalente da seção AB do circuito, que é medida usando um voltímetro digital conectado aos pontos A e B do circuito. As medições foram realizadas no limite de 1000 ohms, ou seja, a precisão da medição é igual ao preço do dígito menos significativo, que corresponde a ±1 ohm.

A variável dependente foi o valor da tensão de saída tomada na resistência de carga (pontos B e C). Um voltímetro digital com descarga mínima de centésimos de volt foi usado como dispositivo de medição.

Arroz. 16. Esquema da montagem experimental para estudo do tipo de dependência da tensão de saída com o valor da resistência equivalente do circuito

A resistência equivalente foi alterada usando as teclas Q 1 , Q 2 e Q 3 . Por conveniência, o estado ligado da chave será indicado por “1” e o estado desligado por “0”. Nesta cadeia, apenas 8 combinações são possíveis.

Para cada combinação, a tensão de saída foi medida 5 vezes.

Os seguintes resultados foram obtidos durante o estudo:

Número da experiência	Status da chave	Resistência equivalente R E, Ohm	Voltagem de saída, U fora, NO
U 1,NO	U 2, NO	U 3, NO	U 4, NO	U 5, NO
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

Os resultados do processamento de dados experimentais são mostrados na tabela a seguir:

№	Q 3 Q 2 Q 1	R E, Ohm	U qua, NO	U cf. ambiente , NO	Δ U qua, NO	Δ U e, NO	Δ Você sobre, NO	Δ U em, NO	Δ você, NO	você, NO
	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

Construímos um gráfico da dependência da tensão de saída no valor da resistência equivalente você = f(R E).

Ao construir um gráfico, o comprimento da linha corresponde ao erro de medição Δ você, individual para cada experimento (erro máximo Δ você= 0,116 V, que corresponde a aproximadamente 2,5 mm no gráfico na escala selecionada). A espessura da linha corresponde ao erro de medição da resistência equivalente. O gráfico resultante é mostrado na Fig. 17.

Arroz. 17. Gráfico da dependência da tensão de saída

do valor da resistência equivalente na seção AB

O gráfico se assemelha a um gráfico de proporcionalidade inversa. Para verificar isso, traçamos a dependência da tensão de saída no valor recíproco da resistência equivalente você = f(1/R E), ou seja, da condutividade σ correntes. Por conveniência, os dados para este gráfico serão apresentados na forma da tabela a seguir:

O gráfico resultante (Fig. 18) confirma a suposição acima: a tensão de saída na resistência de carga R n1 inversamente proporcional à resistência equivalente da seção do circuito AB: você = 0,0017/R E.

Escolhemos outro objeto de estudo: RI nº 2 - outro valor da resistência de carga RH2, e execute as mesmas etapas. Obtemos um resultado semelhante, mas com um coeficiente diferente k.

Formulamos a resposta para o PZ: a tensão de saída na resistência de carga R n inversamente proporcional ao valor da resistência equivalente de uma seção de circuito composta por três condutores ligados em paralelo, que podem ser incluídos em uma das oito combinações.

Arroz. 18. Gráfico da dependência da tensão de saída na condutividade da seção do circuito AB

Observe que o esquema em consideração é conversor digital-analógico (DAC) - um dispositivo que converte um código digital (binário neste caso) em um sinal analógico (neste caso, tensão).

Planejamento de atividades para resolver a tarefa cognitiva nº 4

A determinação experimental de um valor específico de uma quantidade física específica (solução do problema cognitivo nº 4) pode ser realizada em duas situações: 1) o método para encontrar a quantidade física especificada é desconhecido e 2) o método para encontrar essa quantidade tem já foi desenvolvido. Na primeira situação, há a necessidade de desenvolver um método (sistema de ações) e selecionar equipamentos para sua implementação prática. Na segunda situação, há a necessidade de estudar este método, ou seja, descobrir quais equipamentos devem ser utilizados para a implementação prática deste método e qual deve ser o sistema de ações, cuja execução sequencial permitirá obter uma valor específico de uma quantidade específica em uma situação específica. Comum a ambas as situações é a expressão da quantidade necessária em termos de outras quantidades, cujo valor pode ser encontrado por medição direta. Diz-se que neste caso a pessoa faz uma medição indireta.

Os valores de quantidade obtidos por medição indireta são imprecisos. Isso é compreensível: eles são baseados em resultados de medições diretas, que são sempre imprecisas. Nesse sentido, o sistema de ações para resolver a tarefa cognitiva nº 4 deve necessariamente incluir ações para calcular erros.

Para encontrar os erros de medidas indiretas, dois métodos foram desenvolvidos: o método dos limites de erro e o método dos limites. Considere o conteúdo de cada um deles.

Método vinculado a erro

O método de limite de erro é baseado na diferenciação.

Deixe a quantidade indiretamente medida noé uma função de vários argumentos: y = f(X1, X2, …, XN).

Quantidades X 1, X 2, ..., X n medido por métodos diretos com erros absolutos Δ X 1,Δ X 2 , …,Δ XN. Como resultado, o valor no também será encontrado com algum erro Δ sim

Normalmente Δ x1<< Х 1, Δ X 2<< Х 2 , …, Δ XN<< Х n , Δ y<< у. Portanto, podemos ir para valores infinitesimais, ou seja, substituir Δ X 1,Δ X 2 , …,Δ XN,Δ y seus diferenciais dX 1, dX 2, ..., dX N, dy respectivamente. Então o erro relativo

o erro relativo de uma função é igual ao diferencial de seu logaritmo natural.

No lado direito da igualdade, em vez de diferenciais de variáveis, são substituídos seus erros absolutos e, em vez das próprias quantidades, seus valores médios. Para determinar o limite superior do erro, a soma algébrica dos erros é substituída pela aritmética.

Conhecendo o erro relativo, encontre o erro absoluto

Δ no= ε u u,

onde em vez de no substituir o valor obtido como resultado da medição

Uismo = f (<X 1>, <Х 2 >, ..., <Х n > ).

Todos os cálculos intermediários são realizados de acordo com as regras de cálculos aproximados com um dígito sobressalente. O resultado final e os erros são arredondados de acordo com as regras gerais. A resposta é escrita como

Y = Y média± Δ No; ε y \u003d ...

Expressões para erros relativos e absolutos dependem do tipo de função sim As principais fórmulas que são frequentemente encontradas no trabalho de laboratório são apresentadas na Tabela 5.

Para esta tarefa, você pode obter 2 pontos no exame em 2020

A tarefa 11 do USE em física é dedicada aos fundamentos da termodinâmica e teoria cinética molecular. O tema geral deste bilhete é a explicação de vários fenômenos.

A tarefa 11 do Exame do Estado Unificado em física é sempre construída da mesma forma: ao aluno será oferecido um gráfico ou uma descrição de qualquer dependência (a liberação de energia térmica quando um corpo é aquecido, uma mudança na pressão do gás dependendo de sua temperatura ou densidade, quaisquer processos em um gás ideal). Em seguida, são dadas cinco afirmações, direta ou indiretamente relacionadas ao tema do bilhete e que representam uma descrição textual das leis termodinâmicas. Destas, o aluno deve selecionar duas afirmações que considere verdadeiras, correspondentes à condição.

A tarefa 11 do Exame Estadual Unificado de Física costuma assustar os alunos, pois contém muitos dados digitais, tabelas e gráficos. Na verdade, é teórico, e o aluno não terá que calcular nada ao responder à pergunta. Portanto, de fato, essa pergunta geralmente não causa dificuldades especiais. No entanto, o aluno deve avaliar adequadamente suas habilidades e não é recomendado “ficar em pé” na décima primeira tarefa, pois o tempo para completar todo o teste é limitado a um determinado número de minutos.