Základy' fyzikálních metení

Transkript

1 l Základy' CI), f f- fyzikálních metení JAROMÍR BROŽ: A KOLEKTIV 0 ST ÁTNt PEDAGOGICKÉ NAKLADATELSTV1 PRAHA

2 OBSAH & Obsah, l ÚVOD (J Brož) 15 Ll Fyzikální veličiny a jednotky Základní pojmy Starší soustavy jednotek Absolutní soustava CGS Soustava technická Soustava praktických a mezinárodních jednotek Soustava MKS a soustava MKSA Mezinárodní soustava jednotek SI Základní a doplňkové jednotky SI Odvozené jednotky SI Násobné a dílčí jednotky SI Mimosoustavové jednotky Merení fyzikálních veličin Fyzikální zákon Príprava merení Merení objektivní a subjektivní Metody merení Chyby merení Druhy chyb Normální zákon rozdelení Nejpravdepodobnejší hodnota merené veličiny Hodnocení prcsnosh merení Zpracování výsledku pfímých merení Chyby nepnmých merení Metody zpracování výsledku merení Početní metody zpracování výsledku merení Metoda postupná Metoda skupinová Metody početní interpolace 60 \ 1414 Výpočty pri zpracování výsledku merení Grafické metody zpracování výsledku merení Vyrovnání jednoduchých závislostí Metoda grafická a metoda skupinová Metoda nej menších čtvercu 72

3 ~ OBSAH 2 MECHANIKA (A Hawánek) Základní merení Merení prostoru Merení délek Merení úhlu Merení ploch Merení objemu Merení času Časové stupnice Hodiny Merení časových intervalu Merení hmotnosti - vážení Druhy vah Základní pojmy teorie vah Stanovení citlivosti vah Vážení na brzdených analytických vahách Vážení na nebrzdených vahách Oprava na nerovnoramennost vah Oprava vážení na vztlak Kontrola závaží Merení hustoty látek Merení hustoty látek pevných Merení hustoty kapalin Merení hustoty plynu a par Rychlost Zrychlení Dynamické merení zrychlení Určení tíhového zrychlení z volného pádu Merení tíhového zrychlení z doby kyvu kyvadla Otáčení tuhého telesa Stanovení momentu setrvačnosti wči dané ose Momenty setrvačnosti ko]em rilzných os procházejících týmž relesem Otáčení tuhého telesa kolem pevné osy Precesní pohyb setrvačníku Mechanické vlastnosti pevných látek Pružnost Merení modulu pružnosti v tahu (Youngova modulu) Merení modulu pružnosti ve smyku Neelastické chování 127 až po pretržení vzorku 2321 Deformace tahem Tvrdost TIení Merení smykového trení 132 ~ 2332 Merení valivého tfení Mechanika kapalin a plynu Tlak Kapalinové tlakomery Deformační tlakomery Merení ~kých tlaku; vakuometry 138

4 I"""""~~~-- OBSAH Proudení kapalin a plynu MerenÍ rychlosti proudení kapalin a plynu Venturiova trubice Merení viskozity Kapilární (výtokové) viskozimetry Telískové viskozimetry Rotační a torzní viskozimetry Povrchové napetí Odtrhávací metoda Metoda kapilárního vzestupu Metoda kapková Metoda bublin Laminární a turbulentní proudení Kmity Harmonické kmity Kmity struny Vázané kmity Akustika Intenzita zvuku Merení intenzity zvuku Rayleighovou destičkou Merení intenzity zvuku mikrofonem Merení frekvence zvukové vlny Rychlost šírení zvuku Kundtova trubice Rezonátor Interferometr TERMIKA A MOLEKULOV Á FYZIKA (J Brož, V Milller) Teplota Teplotní stupnice Mezinárodní praktická teplotní stupnice Základní druhy teplomeru a jejich použití Kapalinové teplomery Plynové teplomery Kovové teplomery Elektrické odporové teplomery ,35 Termočlánky Pyrometry Merení teplotní roztažnosti látek Roztažnost látek pevných Roztažnost kapalin Rozpínavost a objemová roztažnost plynu Teplo Merná tepelná kapacita látek pevných a kapalných Tepelná kapacita a merná tepelná kapacita Princip kalorimetrické metody Smešovací kalorimetr Elektrický kalorimetr Nekteré další druhy kalorimetru Newtonova metoda chladnutí 211 -_ --

5 -:ri,~ 8 OBSAH 322 Merná tepelná kapacita plynu Molární tepelné kapacity ideálního plynu Merné tepelné kapacity pri stálém tlaku Merná tepelná kapacita pri stálém objemu Poissonova konstanta 323 Tepelná vodivost pevných látek Vedení tepla tyčí s tepelne izolovaným pláštem Vedení tepla tyčí obklopenou prostredím stálé teploty Vedení tepla u špatne vodivých 33 Fázové prechody 224 látek Stanovení teplot fázových premen Fázový diagram Teplo fázové premeny Bod tání Bod varu MerenÍ skupenských tepel Skupenské teplo tání (tuhnutí) Skupenské teplo výparné Skupenské teplo subiimační Vlhkost vzduchu Metoda vážení Metoda rosného bodu Metoda psychrometrická Určení hustoty vlhkého vzduchu Roztoky MerenÍ osmotického tlaku Osmotický tlak elektricky vodivých roztoku Určení stupne disociace molekul ebuiioskopickou metodou Tepelný pohyb molekul FluktuačnÍ jevy Fluktuace a jejich vliv na citlivost mericích pfístroju Studium Brownova pohybu Metody stanovení Boltzmannovy konstanty;l Zákony rozdelení Overení rozdelovacího zákona Gaussova Overení rozdelovacího zákona Maxwellova Určení strední rychlosti a rozdelení rychlostí molekul plynu 3424 a par Určení 257 Avogadrovy konstanty z Boltzmannova ro~delení 343 Jevy částic 259 prenosu vplynech Difúze plynu VnitfnÍ trení vplynech MerenÍ vnitrního trení vplynech Vedení tepla vplynech MerenÍ tepelné vodivosti plynu Závislost tepelné vodivosti plynu na tlaku Užití vztahu mezi součiniteii prenosu 4 ELEKTRINA (R Bakule) Meficí prístroje Úvod 270

6 OBSAH prístroje Analogové 4121 Prístroje s otočnou cívkou prístroje s otočným magnetem 281 elektromagnetické Prístroje elektrodynamické Prístroje elektrostatické Prístroje obvody Prístroje s elektronickými 413 Digitální prístroje digitální meficí techniky 4131 Prednosti 4132 Princip činnosti čítače Analogove-digitální prevody Pomocné prístroje a zarízení pro elektrická merení Posuvné válcové rezistory Presné rezistory 4143 Presné kondenzátory Presné indukčnosti Etalony vzájemné indukčnosti Etalony napetí 302 meficích 415 Cejchování prístroju Cejchování ampérmetru ampérmetrem Cejchování voltmetru voltmetrem 304 ampérmetru 4153 Cejchování voltmetrem Cejchování voltmetru ampérmetrem 305 meficích 4155 Kalibrace prístroju kompenzátorem Kontrola ampérmetru coulombmetrem Merení zák1adních parametrit galvanometru 306 galvanometru Citlivost 4162 Proudová a napeťová konstanta 307 galvanometru Cejchování 4164 :Balistická konstanta Aperiodizační odpor Doba kyvu a tlumení systému odporu prístroj u Merení vnitrního pole Elektrostatické 421 Úvod Určení kapacitních a influenčních koeficientu Merení elektrického potenciálu Merení potenciálu vodiču potenciálu Merení rozložení 424 Merení náboje Merení statické permitivity Obvody stejnosmerného proudu 318 stejnosmerného proudu Ustálený a neustálený stav v obvodu 432 Merení napetí Merení napetí voltmetry kompenzátory Merení napetí Merení proudu 434 MerenÍ výkonu Merení odporu Metoda prímá Metoda srovnávací 330 9

7 10 OBSAH 4353 Metoda substituční Metoda mustková Merení malých odporu Merení velkých odporu Merení vnitrního odporu zdroje MerenÍ merného odporu Merení kapacity balistickým galvanometrem Merení vzájemné indukčnosti balistickým galvanometrem Obvody strídavého proudu Merení proudu a napetí Efektivní a strední hodnoty Merení strídavých napetí Merení stfídavých proudu Sledování okamžitých hodnot Výkon strídavého proudu a účiník Merení činného výkonu Merení jalového výkonu Merení účiníku a fázového posunu Kmitočet stfídavého proudu Merení kmitočtu jazýčkovými kmitomery Porovnávání kmitočtu na osciloskopu Rezonanční absorpční vlnomery Heterodynní vlnomery MerenÍ kmitočtu čitačem Rezona~ční obvody Uvod Merení rezonanční krivky 359, 4443 Merení rezonanční frekvence Merení činitele jakosti obvodu Mustkové obvody Merení kapacity a ztrátového úhlu kondenzátoru Úvod Metoda prímá Mlistkové metody Metody rezonanční Merení ipdukčnosti a činitele jakosti cívky Uvod Metoda prímá Mlistkové metody Metody rezonanční Vzájemná indukčnost Metoda pfímá Určení vzájemné indukčnosti merením indukčnosti Nelineární prvky elektrických obvodu Idealizace prvku elektrických obvodu Odporový dvojpól Rízený odporový dvojpól Odporový čtyľpól Vlastnosti dvojpólových prvku Vakuové diody Polovodičové usmerňovací diody 382

8 OBSAH 4523 Zenerova dioda Doutnavka Merení voltampérových charakteristik dvojpólových prvku Vlastnosti rízených dvojpólových prvku 391, 4531 Fotoelektrické odpory Fotoelektrické diody Vakuové a plynové fotonky Merení charakteristik foto citlivých prvku Termistory Čtyfpólové polovodičové prvky Tranzistory Tyristory Merení charakteristik odporových čtyfpólu Vakuové elektronky Mfížkové vakuové elektronky Merení statických charakteristik elektronek Určení dynamické charakteristiky Obrazová elektronka Merení vychylovací citlivosti Kontrola žhavicího proudu a napetí MAGNETISMUS (J Brož) Úvodní část "yeličiny a jejich vzájemné vztahy v oboru magnetických merení Ukoly magnetických merení Tvar vzorku Demagnetizační činitel elipsoidu Uzavfené vzorky Chyby pri magnetických mereních Odmagnetování vzorku Zdroje magnetického pole Cívkv Elektromagnety Magnetické pole ve vzduchu Merení horizontální složky zemského magnetického pole Tangentová busola Metoda Gaussova Metoda kyvli Metody indukční Princip merení balistickým galvanometrem 5222 Usporádání a zpí180b merení Metoda rotující cívky Jiné metody Metoda Hallovy sondy Mericí metody feromagnetických látek Magnetizační krivka Krivka prvotní magnetizace Krivka susceptibility Magnetická hystereze Metoda magnetometrická 450 II -

9 12 OBSAH 5321 Princip metody MeNcí zarízení Postup merení Metoda balistická Metoda prstence Metoda otevľených vzorku Zpť1soby merení magnetizační krivky balistickou metodou Rozbor jednotlivých zpusobu balistického merení Metody zobrazení hysterezní smyčky Oscilografická metoda Kalibrace os BaH OPTIKA (B Sedlák, J Fähnrich) Pomocná zafízení pro optická merení Základní sou části Optická lavice a její pfíslušenství Clony Zdroje svetla a jej ich úprava Druhy svetelných zdroju Kondenzor Kolimátor Metody získávání monochromatického svetla Fotometrie Základní fotometrické veličiny a jednotky Svetelný tok Jas Svetlení Osvetlení Svítivost Fotometrické metody a prístroje Princip fotometrických merení Typy fotometrft Merení fotometrických 63 Param,etry optických zobrazovacích veličin semstav Uvod Merení parametru jednotlivých zobrazovacích soustav Merení ohniskových vzdáleností tenkých čoček Merení ohniskových vzdáleností a hlavmch bodu tlustých čoček Merení kulové a chromatické vady Merení parametru zobrazovacích prístroj u Lupa Mikroskop Dalekohled Merení vlnových délek svetla Spektroskopie Merení vlnových délek monochromatickéh6 svetla Absolutní merení Michelsonovým interferometrem Merení pomocí Newtonových kroužku Základní vlastnosti disperzních soustav spektrálních prístroj u 531' 6421 Hranol 532

10 OBSAH 6422 Optická mfížka Interferometry Konstrukce spektrálních prístroj u Hranolový spektrometr Miížkový spektroskop 546, 6433 Prístroje s vysokou rozlišovací 65 Merení optických vlastností látek 551 schopností Merení indexu lomu Fraunhoferova metoda Merení z mezního úhlu (totální refraktometry) Merení indexu lomu immerzní metodou Interferenční refraktometry Užití interference polarizovaného ných látek 566 svetla ke studiu dvojlom- 652 Merení absorpce svetla Merení absorpce spektrálním fotometrem Určení koncentrace roztoku z merení absorbce Merení stáčení polarizační roviny Konstrukce polarimetru Typy polarimetru Merení Faradayovy rotace JADERNÁ FYZIKA (P Holan) Vlastnosti zmení Radioaktivita Pruchod zárení hmotným prostredím Težké nabité částice ZMení {J Zárení y Neutrony Ochrana pred zmením Zdroje a detektory zmení Zdroje zmení Plynové detektory Ionizační komory Proporcionální počítače Geigerovy-Miillerovy počítače Scintilační detektory Scintilátory Fotonásobiče Polovodičové detektory Bariérové polovodičové detektory V odivostní polovodičové detektory Detektory zobrazující dráhu částic M1žné komory Bublinové komory Jiskrové komory Jaderné emulze Speciální detektory zmení Metody merení ~_ - -- ~ ~-~-~

11 I i I 14 OBSAH 731 Používané prístroje Zdroje vysokého napetí Zesilovače Analyzátory Čítače Stopky Ostatní pľístroje 732 Nejčastejší druhy merení Detekční usporádání Koincidenční merení Spektrometrické merení Vyhodnocování výsledku merení Statistický charakter namerených hodnot Geometrické faktory Mrtvá doba zarízení a její merení Spektrum zmení y merené scintilačním spektrometrem ZÁKLADNí FYZIKÁLNí KONSTANTY (J Brož, P Holan) Úvodní část Vlastnosti zák1adních konstant Skupiny a souvislosti zák1adních konstant Otázka presnosti základních fyzikálních konstant 812 Adjustace zák1adních fyzikálních konstant Mericí metody nekterých zák1adních fyzikálních konstant Avogadrova konstanta Stanovení Avogadrovy konstanty metodou radioaktivního 8212 rozpadu 633 Určení Avogadrovy konstanty metodou rentgenové difrakce Faradayova konstanta Náboj elektronu Princip Millikanovy metody merení náboje elektronu Usporádání Millikanova 824 Merný náboj elektronu 641 pľístroje Pohyb elektronu v elektrickém a magnetickém poli Merení merného náboje elektronu Thomsonovou metodou Metoda fokuzace elektronového svazku podélným magnetickým polem (metoda Buschova) Merení merného náboje elektronu magnetronem Určení merného náboje elektronu z normálního Zeemanova jevu 825 Rydbergova 648 konstanta Určení Rydbergovy konstanty 651 i 8252 Spektroskopické 826 Planckova konstanta určení hmotnosti 652 elektronu Určení Planckovy konstanty pomocí elektronové difrakce Určení Planckovy konstanty z fotoelektrického jevu Určení Planckovy konstanty z krátkovlnné hranice rentgenového spektra 655