l Základy' CI), f f- fyzikálních metení JAROMÍR BROŽ: A KOLEKTIV 0 ST ÁTNt PEDAGOGICKÉ NAKLADATELSTV1 PRAHA
OBSAH & Obsah, l ÚVOD (J Brož) 15 Ll Fyzikální veličiny a jednotky 15 111 Základní pojmy 15 112 Starší soustavy jednotek 17 1121 Absolutní soustava CGS 18 1122 Soustava technická 19 1123 Soustava praktických a mezinárodních jednotek 19 1124 Soustava MKS a soustava MKSA 20 113 Mezinárodní soustava jednotek SI 21 1131 Základní a doplňkové jednotky SI 21 1132 Odvozené jednotky SI 22 1133 Násobné a dílčí jednotky SI 25 1134 Mimosoustavové jednotky 26 12 Merení fyzikálních veličin 27 121 Fyzikální zákon 27 122 Príprava merení 28 123 Merení objektivní a subjektivní 29 124 Metody merení 29 13 Chyby merení 32 131 Druhy chyb 32 132 Normální zákon rozdelení 35 133 Nejpravdepodobnejší hodnota merené veličiny Hodnocení prcsnosh merení 37 134 Zpracování výsledku pfímých merení 42 135 Chyby nepnmých merení 45 14 Metody zpracování výsledku merení 51 141 Početní metody zpracování výsledku merení 51 1411 Metoda postupná 52 1412 Metoda skupinová 56 1413 Metody početní interpolace 60 \ 1414 Výpočty pri zpracování výsledku merení 62 142 Grafické metody zpracování výsledku merení 64 143 Vyrovnání jednoduchých závislostí 69 1431 Metoda grafická a metoda skupinová 69 1432 Metoda nej menších čtvercu 72
~ OBSAH 2 MECHANIKA (A Hawánek) 76 21 Základní merení 76 211 Merení prostoru 76 2111 Merení délek 76 2112 Merení úhlu 79 2113 Merení ploch 80 2114 Merení objemu 80 212 Merení času 81 2121 Časové stupnice 81 2122 Hodiny 83 2123 Merení časových intervalu 83 213 Merení hmotnosti - vážení 84 2131 Druhy vah 84 2132 Základní pojmy teorie vah 89 2133 Stanovení citlivosti vah 91 2134 Vážení na brzdených analytických vahách 93 2135 Vážení na nebrzdených vahách 93 2136 Oprava na nerovnoramennost vah 95 2137 Oprava vážení na vztlak 95 2138 Kontrola závaží 96 214 Merení hustoty látek 98 2141 Merení hustoty látek pevných 99 2142 Merení hustoty kapalin 101 2143 Merení hustoty plynu a par 103 215 Rychlost 104 216 Zrychlení 106 2161 Dynamické merení zrychlení 106 2162 Určení tíhového zrychlení z volného pádu 107 2163 Merení tíhového zrychlení z doby kyvu kyvadla 107 22 Otáčení tuhého telesa 109 221 Stanovení momentu setrvačnosti wči dané ose 110 222 Momenty setrvačnosti ko]em rilzných os procházejících týmž relesem 112 223 Otáčení tuhého telesa kolem pevné osy 115 224 Precesní pohyb setrvačníku 119 23 Mechanické vlastnosti pevných látek 120 231 Pružnost 120 2311 Merení modulu pružnosti v tahu (Youngova modulu) 124 2312 Merení modulu pružnosti ve smyku 126 232 Neelastické chování 127 až po pretržení vzorku 2321 Deformace tahem 127 2322 Tvrdost 130 233 TIení 132 2331 Merení smykového trení 132 ~ 2332 Merení valivého tfení 133 24 Mechanika kapalin a plynu 134 241 Tlak 134 2411 Kapalinové tlakomery 134 2412 Deformační tlakomery 137 2413 Merení ~kých tlaku; vakuometry 138
I"""""~~~-- OBSAH 7 242 Proudení kapalin a plynu 141 2421 MerenÍ rychlosti proudení kapalin a plynu 142 2422 Venturiova trubice 143 243 Merení viskozity 144 2431 Kapilární (výtokové) viskozimetry 145 2432 Telískové viskozimetry 148 2433 Rotační a torzní viskozimetry 149 244 Povrchové napetí 150 2441 Odtrhávací metoda 150 2442 Metoda kapilárního vzestupu 152 2443 Metoda kapková 153 2444 Metoda bublin 153 245 Laminární a turbulentní proudení 155 25 Kmity 157 251 Harmonické kmity 157 252 Kmity struny 159 253 Vázané kmity 162 26 Akustika 166 261 Intenzita zvuku 167 2611 Merení intenzity zvuku Rayleighovou destičkou 167 2612 Merení intenzity zvuku mikrofonem 169 262 Merení frekvence zvukové vlny 170 263 Rychlost šírení zvuku 171 2631 Kundtova trubice 173 2632 Rezonátor 175 2633 Interferometr 177 3 TERMIKA A MOLEKULOV Á FYZIKA (J Brož, V Milller) 180 31 Teplota 180 311 Teplotní stupnice 180 312 Mezinárodní praktická teplotní stupnice 182 313 Základní druhy teplomeru a jejich použití 185 3131 Kapalinové teplomery 185 3132 Plynové teplomery 189 3133 Kovové teplomery 190 3134 Elektrické odporové teplomery 190 31,35 Termočlánky 193 3136 Pyrometry 196 314 Merení teplotní roztažnosti látek 198 3141 Roztažnost látek pevných 199 3142 Roztažnost kapalin 201 3143 Rozpínavost a objemová roztažnost plynu 203 32 Teplo 204 321 Merná tepelná kapacita látek pevných a kapalných 204 3211 Tepelná kapacita a merná tepelná kapacita 204 3212 Princip kalorimetrické metody 205 3213 Smešovací kalorimetr 208 3214 Elektrický kalorimetr 209 3215 Nekteré další druhy kalorimetru 210 3216 Newtonova metoda chladnutí 211 -_ --
-:ri,~ 8 OBSAH 322 Merná tepelná kapacita plynu 212 3221 Molární tepelné kapacity ideálního plynu 213 3222 Merné tepelné kapacity pri stálém tlaku 214 3223 Merná tepelná kapacita pri stálém objemu 215 3224 Poissonova konstanta 323 Tepelná vodivost pevných látek 216 217 3231 Vedení tepla tyčí s tepelne izolovaným pláštem 218 3232 Vedení tepla tyčí obklopenou prostredím stálé teploty 219 3233 Vedení tepla u špatne vodivých 33 Fázové prechody 224 látek 222 331 Stanovení teplot fázových premen 224 3311 Fázový diagram Teplo fázové premeny 225 3312 Bod tání 226 3313 Bod varu 229 332 MerenÍ skupenských tepel 230 3321 Skupenské teplo tání (tuhnutí) 230 3322 Skupenské teplo výparné 231 3323 Skupenské teplo subiimační 235 333 Vlhkost vzduchu 235 3331 Metoda vážení 237 3332 Metoda rosného bodu 238 3333 Metoda psychrometrická 239 3334 Určení hustoty vlhkého vzduchu 241 334 Roztoky 241 3341 MerenÍ osmotického tlaku 243 3342 Osmotický tlak elektricky vodivých roztoku 245 3343 Určení stupne disociace molekul ebuiioskopickou metodou 246 34 Tepelný pohyb molekul 247 341 FluktuačnÍ jevy 248 3411 Fluktuace a jejich vliv na citlivost mericích pfístroju 248 3412 Studium Brownova pohybu 249 3413 Metody stanovení Boltzmannovy konstanty;l 251 342 Zákony rozdelení 252 3421 Overení rozdelovacího zákona Gaussova 254 3422 Overení rozdelovacího zákona Maxwellova 256 3423 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 260 3431 Difúze plynu 260 3432 VnitfnÍ trení vplynech 262 3433 MerenÍ vnitrního trení vplynech 262 3434 Vedení tepla vplynech 263 3435 MerenÍ tepelné vodivosti plynu 264 3436 Závislost tepelné vodivosti plynu na tlaku 266 3437 Užití vztahu mezi součiniteii prenosu 4 ELEKTRINA (R Bakule) 270 267 41 Meficí prístroje 270 411 Úvod 270
OBSAH prístroje 277 412 Analogové 4121 Prístroje s otočnou cívkou 277 4122 prístroje s otočným magnetem 281 elektromagnetické 281 4123 Prístroje elektrodynamické 282 4124 Prístroje elektrostatické 283 4125 Prístroje obvody 288 4126 Prístroje s elektronickými 413 Digitální prístroje 291 291 digitální meficí techniky 4131 Prednosti 4132 Princip činnosti čítače 291 4133 Analogove-digitální prevody 293 414 Pomocné prístroje a zarízení pro elektrická merení 297 297 4141 Posuvné válcové rezistory 298 4142 Presné rezistory 4143 Presné kondenzátory 299 4144 Presné indukčnosti 300 4145 Etalony vzájemné indukčnosti 301 4146 Etalony napetí 302 meficích 415 Cejchování prístroju 303 4151 Cejchování ampérmetru ampérmetrem 304 4152 Cejchování voltmetru voltmetrem 304 ampérmetru 4153 Cejchování voltmetrem 304 4154 Cejchování voltmetru ampérmetrem 305 meficích 4155 Kalibrace prístroju kompenzátorem 305 4156 Kontrola ampérmetru coulombmetrem 305 416 Merení zák1adních parametrit galvanometru 306 galvanometru 307 4161 Citlivost 4162 Proudová a napeťová konstanta 307 galvanometru 307 4163 Cejchování 4164 :Balistická konstanta 308 4165 Aperiodizační odpor 308 308 4166 Doba kyvu a tlumení systému odporu prístroj u 309 417 Merení vnitrního pole 310 42 Elektrostatické 421 Úvod 310 422 Určení kapacitních a influenčních koeficientu 311 423 Merení elektrického potenciálu 313 313 4231 Merení potenciálu vodiču potenciálu 314 4232 Merení rozložení 424 Merení náboje 317 425 Merení statické permitivity 317 43 Obvody stejnosmerného proudu 318 stejnosmerného proudu 319-431 Ustálený a neustálený stav v obvodu 432 Merení napetí 321 321 4321 Merení napetí voltmetry kompenzátory 322 4322 Merení napetí 327 433 Merení proudu 434 MerenÍ výkonu 328 435 Merení odporu 329 4351 Metoda prímá 329 4352 Metoda srovnávací 330 9
10 OBSAH 4353 Metoda substituční 332 4354 Metoda mustková 332 4355 Merení malých odporu 335 4356 Merení velkých odporu 336 4357 Merení vnitrního odporu zdroje 337 436 MerenÍ merného odporu 338 437 Merení kapacity balistickým galvanometrem 340 438 Merení vzájemné indukčnosti balistickým galvanometrem 342 44 Obvody strídavého proudu 344 441 Merení proudu a napetí 344 4411 Efektivní a strední hodnoty 344 4412 Merení strídavých napetí 345 4413 Merení stfídavých proudu 346 4414 Sledování okamžitých hodnot 347 442 Výkon strídavého proudu a účiník 348 4421 Merení činného výkonu 349 4422 Merení jalového výkonu 350 4423 Merení účiníku a fázového posunu 350 443 Kmitočet stfídavého proudu 351 4431 Merení kmitočtu jazýčkovými kmitomery 351 4432 Porovnávání kmitočtu na osciloskopu 352 4433 Rezonanční absorpční vlnomery 353 4434 Heterodynní vlnomery 353 4435 MerenÍ kmitočtu čitačem 355 444 Rezona~ční obvody 356 4441 Uvod 356 4442 Merení rezonanční krivky 359, 4443 Merení rezonanční frekvence 361 4444 Merení činitele jakosti obvodu 361 445 Mustkové obvody 362 446 Merení kapacity a ztrátového úhlu kondenzátoru 365 4461 Úvod 365 4462 Metoda prímá 366 4463 Mlistkové metody 367 4464 Metody rezonanční 369 447 Merení ipdukčnosti a činitele jakosti cívky 371 4471 Uvod 371 4472 Metoda prímá 371 4473 Mlistkové metody 372 4474 Metody rezonanční 374 448 Vzájemná indukčnost 374 4481 Metoda pfímá 374 4482 Určení vzájemné indukčnosti merením indukčnosti 375 45 Nelineární prvky elektrických obvodu 376 451 Idealizace prvku elektrických obvodu 376 4511 Odporový dvojpól 376 4512 Rízený odporový dvojpól 377 4513 Odporový čtyľpól 378 452 Vlastnosti dvojpólových prvku 380 4521 Vakuové diody 380 4522 Polovodičové usmerňovací diody 382
OBSAH 4523 Zenerova dioda 385 4524 Doutnavka 387 4525 Merení voltampérových charakteristik dvojpólových prvku 388 453 Vlastnosti rízených dvojpólových prvku 391, 4531 Fotoelektrické odpory 391 4532 Fotoelektrické diody 391 4533 Vakuové a plynové fotonky 391 4534 Merení charakteristik foto citlivých prvku 392 4535 Termistory 394 454 Čtyfpólové polovodičové prvky 395 4541 Tranzistory 395 4542 Tyristory 399 4543 Merení charakteristik odporových čtyfpólu 401 455 Vakuové elektronky 405 4551 Mfížkové vakuové elektronky 405 4552 Merení statických charakteristik elektronek 407 4553 Určení dynamické charakteristiky 410 4554 Obrazová elektronka 412 4555 Merení vychylovací citlivosti 413 4556 Kontrola žhavicího proudu a napetí 413 5 MAGNETISMUS (J Brož) 416 51 Úvodní část 416 511 "yeličiny a jejich vzájemné vztahy v oboru magnetických merení 416 512 Ukoly magnetických merení 420 513 Tvar vzorku 421 5131 Demagnetizační činitel elipsoidu 422 5132 Uzavfené vzorky 424 514 Chyby pri magnetických mereních 425 515 Odmagnetování vzorku 427 516 Zdroje magnetického pole 429 5161 Cívkv 429 5162 Elektromagnety 433 52 Magnetické pole ve vzduchu 434 521 Merení horizontální složky zemského magnetického pole 434 5211 Tangentová busola 434 5212 Metoda Gaussova 435 5213 Metoda kyvli 437 522 Metody indukční 439 5221 Princip merení balistickým galvanometrem 5222 Usporádání a zpí180b merení 442 439 5223 Metoda rotující cívky 444 523 Jiné metody 445 5231 Metoda Hallovy sondy 445 53 Mericí metody feromagnetických látek 446 531 Magnetizační krivka 446 5311 Krivka prvotní magnetizace 447 5312 Krivka susceptibility 448 5313 Magnetická hystereze 448 532 Metoda magnetometrická 450 II -
12 OBSAH 5321 Princip metody 450 5322 MeNcí zarízení 452 5323 Postup merení 454 533 Metoda balistická 455 5331 Metoda prstence 456 5332 Metoda otevľených vzorku 456 5333 Zpť1soby merení magnetizační krivky balistickou metodou 460 5334 Rozbor jednotlivých zpusobu balistického merení 465 534 Metody zobrazení hysterezní smyčky 466 5341 Oscilografická metoda 467 5342 Kalibrace os BaH 469 6 OPTIKA (B Sedlák, J Fähnrich) 472 61 Pomocná zafízení pro optická merení 472 611 Základní sou části 472 6111 Optická lavice a její pfíslušenství 472 6112 Clony 472 612 Zdroje svetla a jej ich úprava 473 6121 Druhy svetelných zdroju 473 6122 Kondenzor 481 6123 Kolimátor 482 6124 Metody získávání monochromatického svetla 482 62 Fotometrie 483 621 Základní fotometrické veličiny a jednotky 483 6211 Svetelný tok 483 6212 Jas 484 6213 Svetlení 485 6214 Osvetlení 485 6215 Svítivost 485 622 Fotometrické metody a prístroje 486 6221 Princip fotometrických merení 486 6222 Typy fotometrft 489 6223 Merení fotometrických 63 Param,etry optických zobrazovacích veličin semstav 494 496 631 Uvod 496 632 Merení parametru jednotlivých zobrazovacích soustav 504 6321 Merení ohniskových vzdáleností tenkých čoček 505 6322 Merení ohniskových vzdáleností a hlavmch bodu tlustých čoček 507 6323 Merení kulové a chromatické vady 510 633 Merení parametru zobrazovacích prístroj u 511 6331 Lupa 511 6332 Mikroskop 516 6333 Dalekohled 525 64 Merení vlnových délek svetla Spektroskopie 528 641 Merení vlnových délek monochromatickéh6 svetla 529 6411 Absolutní merení Michelsonovým interferometrem 529 6412 Merení pomocí Newtonových kroužku 530 642 Základní vlastnosti disperzních soustav spektrálních prístroj u 531' 6421 Hranol 532
OBSAH 6422 Optická mfížka 535 6423 Interferometry 539 643 Konstrukce spektrálních prístroj u 544 6431 Hranolový spektrometr 544 6432 Miížkový spektroskop 546, 6433 Prístroje s vysokou rozlišovací 65 Merení optických vlastností látek 551 schopností 547 651 Merení indexu lomu 551 6511 Fraunhoferova metoda 554 6512 Merení z mezního úhlu (totální refraktometry) 557 6513 Merení indexu lomu immerzní metodou 561 6514 Interferenční refraktometry 562 6515 Užití interference polarizovaného ných látek 566 svetla ke studiu dvojlom- 652 Merení absorpce svetla 569 6521 Merení absorpce spektrálním fotometrem 569 6522 Určení koncentrace roztoku z merení absorbce 570 653 Merení stáčení polarizační roviny 571 6531 Konstrukce polarimetru 571 6532 Typy polarimetru 574 6533 Merení Faradayovy rotace 575 7 JADERNÁ FYZIKA (P Holan) 577 71 Vlastnosti zmení 577 711 Radioaktivita 577 712 Pruchod zárení hmotným prostredím 581 7121 Težké nabité částice 581 7122 ZMení {J 583 7123 Zárení y 586 7124 Neutrony 589 713 Ochrana pred zmením 590 72 Zdroje a detektory zmení 592 721 Zdroje zmení 592 722 Plynové detektory 594 7221 Ionizační komory 596 7222Proporcionální počítače 598 7223 Geigerovy-Miillerovy počítače 598 723 Scintilační detektory 600 7231 Scintilátory 600 7232 Fotonásobiče 601 724 Polovodičové detektory 603 7241 Bariérové polovodičové detektory 603 7242 V odivostní polovodičové detektory 605 725 Detektory zobrazující dráhu částic 606 7251 M1žné komory 606 7252 Bublinové komory 607 7253 Jiskrové komory 607 7254 Jaderné emulze 608 726 Speciální detektory zmení 609 73 Metody merení 609 13 --- ~_ - -- ~ ~-~-~
I i I 14 OBSAH 731 Používané prístroje 609 7311 Zdroje vysokého napetí 610 7312 Zesilovače 610 7313 Analyzátory 610 7314 Čítače 611 7315 Stopky 611 7316 Ostatní pľístroje 732 Nejčastejší druhy merení 611 612 7321 Detekční usporádání 612 7322 Koincidenční merení 612 7323 Spektrometrické merení 614 733 Vyhodnocování výsledku merení 615 7331 Statistický charakter namerených hodnot 615 7332 Geometrické faktory 619 7333 Mrtvá doba zarízení a její merení 622 7334 Spektrum zmení y merené scintilačním spektrometrem 623 8 ZÁKLADNí FYZIKÁLNí KONSTANTY (J Brož, P Holan) 626 81 Úvodní část 626 811 Vlastnosti zák1adních konstant 626 8111 Skupiny a souvislosti zák1adních konstant 627 8112 Otázka presnosti základních fyzikálních konstant 812 Adjustace zák1adních fyzikálních konstant 632 629 82 Mericí metody nekterých zák1adních fyzikálních konstant 633 821 Avogadrova konstanta 633 8211 Stanovení Avogadrovy konstanty metodou radioaktivního 8212 rozpadu 633 Určení Avogadrovy konstanty metodou rentgenové difrakce 634 822 Faradayova konstanta 636 823 Náboj elektronu 637 8231 Princip Millikanovy metody merení náboje elektronu 637 8232 Usporádání Millikanova 824 Merný náboj elektronu 641 pľístroje 640 8241 Pohyb elektronu v elektrickém a magnetickém poli 641 8242 Merení merného náboje elektronu Thomsonovou metodou 643 8243 Metoda fokuzace elektronového svazku podélným magnetickým polem (metoda Buschova) 646 8244 Merení merného náboje elektronu magnetronem 647 8245 Určení merného náboje elektronu z normálního Zeemanova jevu 825 Rydbergova 648 konstanta 650 8251 Určení Rydbergovy konstanty 651 i 8252 Spektroskopické 826 Planckova konstanta určení hmotnosti 652 elektronu 651 8261 Určení Planckovy konstanty pomocí elektronové difrakce 653 8262 Určení Planckovy konstanty z fotoelektrického jevu 653 8263 Určení Planckovy konstanty z krátkovlnné hranice rentgenového spektra 655