Обработка результатов измерений. Содержание и оформление отчёта по работе

Для определения по формуле (26) необходимо измерить две величины и

- h₁ - разности уровней в коленах манометра при установившемся давлении после накачивания воздуха;

- h₂ - разности уровней после совершения адиабатического расширения и теплообмена с окружающей средой.

1. Накачивают с помощью насоса воздух в баллон так, чтобы разность уровней в коленах манометра была 250 – 280 мм. Выжидают 2 – 3 минуты (не меньше), чтобы падение давления полностью прекратилось. Кран 3 должен быть закрыт.

2. Отсчитывают разность уровней h₁ с точностью до 1 мм.

Производят адиабатическое расширение. Для этого нажимают кнопку 4 и держат её нажатой 1 – 2 секунды.

3. Выжидают 2 – 3 минуты. Снимают новую разность уровней h₂ также с точностью до 1 мм.

4. Те же измерения повторяют 5 раз. По формуле (26) вычисляют для каждого измерения показатель адиабаты. Все данные сводят в таблицу.

Таблица

Обработка результатов измерений

Результаты отдельных экспериментов будут отличаться друг от друга (случайный разброс), что приводит к появлению случайных погрешностей в определении . Исключить случайные погрешности, так же и систематические погрешности, связанные с определением , нельзя. Они должны быть оценены для возможности критического анализа эксперимента. Точность эксперимента оценивают с помощью некоторой средней ошибки.

В теории вероятностей показывается, что ожидаемое значение такой средней ошибки полн. следует вычислять по формуле:

,

где - случайная погрешность;

- систематическая ошибка.

Затем по формуле: , где , рассчитывают относительную погрешность в определении .

Рассмотрим вычисление . Вопросами оценки случайных погрешностей занимается теория ошибок. Согласно этой теории, значение случайных погрешностей при большом (число измерений) подчиняется статистической закономерности, которая называется законом распределения погрешностей.

При определении , как показывает эксперимент, таким законом распределения является закон Гаусса (нормальный закон). Согласно этому закону случайные погрешности не должны превышать значения некоторой предельной (случайной) погрешности, которая выражается в виде

.

Случайные погрешности в определении появляются за счет измерения и связаны с тем, что практически невозможно осуществить в каждом опыте точного совпадения длительности открывания баллона со временем адиабатического расширения.

Погрешности в измерении носят систематический характер и определяются ценой деления миллиметровой шкалы.

Систематическую погрешность находят по правилам отыскания погрешности для косвенных измерений по формуле

,

где - систематическая погрешность при измерении .

Пользуясь полученным числовым значением , по формуле (17) оценивают число степеней свободы молекул воздуха.

Содержание и оформление отчёта по работе

Отчет по работе оформляется на отдельных листах в виде брошюры. В его содержание входят: название и цель работы, краткое изложение основных теоретических понятий, расчетная формула, таблица измерений, обработка их результатов, расчет относительной ошибки, значение числа степеней свободы с физическим истолкованием результата.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое идеальный газ? Напишите уравнение состояния идеального газа.

2. Перечислите изопроцессы и законы, которым подчиняется газ в процессах. Изобразите изопроцессы в координатах P,V;P,T;V,T.

3. Что называется теплоемкостью, удельной и молярной теплоемкостью газа?

4. В чем состоит первое начало термодинамики?

5.Примените первое начало термодинамики к изохорическому и изобарическому процессам. Установите связь и .

6. Что такое адиабатический процесс?

7. Разъясните физический смысл понятия числа степеней свободы.

8. Объясните связь между показателем адиабаты и числом степеней свободы.

9. Опишите установку и процессы, проходящие с выделенной частью воздуха в баллоне.

10. В каком порядке производятся измерения?

Литература

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учебное пособие для студентов втузов. М: Высшая физика 2000, 2001, 2002-718с.

2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики: учебное пособие для студентов втузов. М: Наука 1974-336с.

3. Савельев И.В. Курс общей физики: учебное пособие для студентов втузов- М.: Наука, 1982.-432с. Кн.З.: молекулярная физика и термодинамика 1998.-208с.

4. Кикоин И.К. Кикоин А.К. Молекулярная физика. - М.: Наука, 1976,-480с.

5. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. - М.: Высшая школа, 1987,-360с.

6. Евсеева Л.А.Методические указания к оформлению отчетов по лабораторным работам по физике, Саратов 1985.