Асноўныя метады фізічных вымярэнняў: асноўная аснова эксперыментаў
Пенгантар
Вымярэнне — гэта фундаментальны аспект фізікі, які дазваляе нам атрымліваць колькасныя дадзеныя пра навакольны свет. Асноўныя метады фізічных вымярэнняў ахопліваюць розныя інструменты і метады, якія выкарыстоўваюцца для вымярэння фізічных велічынь, такіх як даўжыня, маса, час, тэмпература і г.д. У гэтым артыкуле будуць абмеркаваны некаторыя асноўныя метады вымярэння, якія часта выкарыстоўваюцца ў фізічных эксперыментах, а таксама прынцыпы, якія ляжаць у іх аснове.
1. Вымярэнне даўжыні
Вымярэнне даўжыні або адлегласці — адна з самых асноўных дзейнасці ў фізіцы. Да распаўсюджаных вымяральных прыбораў адносяцца лінейкі, штангенцыркулі і мікраметрычныя калібры.
лінейка
Лінейка — гэта найпрасцейшы і найбольш базавы вымяральны інструмент для вымярэння даўжыні. Звычайна яна выраблена з дрэва, пластыка або металу і мае шкалу з разметкай у метрах, сантыметрах і міліметрах. Хібнасць вымярэння з дапамогай лінейкі звычайна складае каля ±0.5 мм.
Штангенцыркулі
Штангенцыркуль — гэта больш дакладны вымяральны прыбор, чым лінейка. Ён можа вымяраць даўжыню з дакладнасцю да 0.1 мм. Гэты інструмент складаецца з двух губак, адной нерухомай і адной рухомай, і шкалы ноніуса для больш падрабязных паказанняў.
Мікраметр для шруб
Мікраметрычны калібр — гэта вымяральны прыбор з вельмі высокім узроўнем дакладнасці, звычайна каля ±0.01 мм. Ён выкарыстоўваецца для вымярэння малых або тонкіх аб'ектаў. Мікраметрычны калібр складаецца з нерухомага і рухомага стрыжняў, кожны з якіх абсталяваны круцільнай шкалой для дакладных вымярэнняў.
2. Вымярэнне масы
Маса — гэта велічыня, якая паказвае колькасць рэчыва ў аб'екце. У фізіцы маса вымяраецца з дапамогай вагаў або ваг.
Аналагавыя вагі
Аналагавыя вагі — гэта прыбор для вымярэння масы, які выкарыстоўвае спружыну для вымярэння вагі аб'екта. Гравітацыйная сіла, якая дзейнічае на масу аб'екта, прымушае спружыну расцягвацца, і вагі адлюстроўваюць масу аб'екта. Нявызначанасць вымярэння з дапамогай аналагавых вагаў можа змяняцца ў залежнасці ад стану спружыны і каліброўкі прыбора.
Лічбавыя вагі
Лічбавыя вагі забяспечваюць вымярэнне масы з большай дакладнасцю, чым аналагавыя. Гэтыя прылады выкарыстоўваюць электронныя датчыкі для вымярэння масы і адлюстравання вынікаў у лічбавым выглядзе. Дакладнасць лічбавых вагаў можа дасягаць грамаў ці нават міліграмаў у залежнасці ад тыпу і якасці прылады.
3. Вымярэнне часу
Час — адна з асноўных велічынь у фізіцы, якая часта вымяраецца секундамерам, гадзіннікам або электроннай прыладай для вымярэння часу.
секундамер
Секундамер — гэта прыбор для вымярэння часу, які звычайна выкарыстоўваецца ў фізічных эксперыментах. Секундамеры могуць быць аналагавымі або лічбавымі, прычым лічбавыя звычайна маюць дакладнасць да 0.01 секунды. Яны часта выкарыстоўваюцца ў эксперыментах, якія патрабуюць вымярэння адносна кароткіх інтэрвалаў часу.
Атамны гадзіннік
Для надзвычай дакладных вымярэнняў часу выкарыстоўваюцца атамныя гадзіннікі. Атамныя гадзіннікі выкарыстоўваюць рэзананс атамаў (звычайна цэзію або рубідыя) для адліку часу. Атамныя гадзіннікі могуць быць дакладнымі з дакладнасцю да адной секунды на мільён гадоў, што дазваляе вымяраць час з высокай дакладнасцю ў навуковых даследаваннях.
4. Вымярэнне тэмпературы
Тэмпература — гэта велічыня, якая паказвае сярэднюю кінетычную энергію часціц у рэчыве. Яна вымяраецца з дапамогай тэрмометра або іншай прылады, якая адпавядае дыяпазону тэмператур і тыпу вымяраемых рэчываў.
Ртутны і спіртавы тэрмометр
У традыцыйных тэрмометрах у якасці індыкатарнай вадкасці выкарыстоўваецца ртуць або спірт. Па меры павышэння тэмпературы гэтая вадкасць пашыраецца і падымаецца ў капілярнай трубцы, дасягаючы пэўнай шкалы, якая паказвае тэмпературу. Дакладнасць гэтых тэрмометраў звычайна залежыць ад іх дыяпазону вымярэння, але звычайна вымяраецца ў дзесятковых лічбах.
Лічбавы тэрмометр
Лічбавыя тэрмометры выкарыстоўваюць электронныя датчыкі для вымярэння тэмпературы і адлюстравання вынікаў у лічбавым выглядзе. Распаўсюджанымі датчыкамі з'яўляюцца тэрмапары або RTD (рэзістыўныя тэмпературныя датчыкі). Лічбавыя тэрмометры часта лягчэй чытаць, і яны могуць забяспечваць больш дакладныя вымярэнні з дакладнасцю да бліжэйшай коскі пасля коскі.
5. Вымярэнне электрычнага току і напружання
Вымярэнне электрычнага току і напружання з'яўляецца найважнейшым аспектам вывучэння электрычнасці і электронікі. Выкарыстоўваюцца такія прыборы, як амперметры, вальтметры і мультыметры.
Амперметр
Амперметр — гэта прылада, якая выкарыстоўваецца для вымярэння электрычнага току ў ланцугу. Ён падключаецца паслядоўна да ланцуга для вымярэння сілы току. Дакладнасць амперметра залежыць ад тыпу і якасці прылады, але звычайна ён выкарыстоўваецца для вымярэння току з дакладнасцю да міліампер.
вальтметр
Вальтметр вымярае напружанне паміж двума кропкамі ў ланцугу. Ён падключаецца паралельна да кампанента, напружанне на клемах якога трэба вымераць. Сучасныя лічбавыя вальтметры могуць даваць паказанні з дакладнасцю да некалькіх знакаў пасля коскі.
Мультиметр
Мультыметр — гэта універсальны вымяральны прыбор, які можа вымяраць ток, напружанне і супраціўленне. Мультыметры выпускаюцца як у аналагавым, так і ў лічбавым варыянтах, прычым лічбавыя звычайна забяспечваюць большую дакладнасць і лягчэй чытаць паказанні.
6. Асноўныя прынцыпы вымярэння
Пры фізічных вымярэннях неабходна выконваць некалькі асноўных прынцыпаў:
Каліброўка
Каліброўка — гэта працэс параўнання вымяральнага прыбора з вядомым эталонам для забеспячэння яго дакладнасці. Некалібраваныя вымяральныя прыборы могуць даваць скажоныя або памылковыя дадзеныя, што паўплывае на вынікі эксперыментаў.
Нявызначанасць вымярэння
Кожнае вымярэнне мае нявызначанасць, якую неабходна ўлічваць. Гэтая нявызначанасць можа быць выклікана вымяральным прыборам, метадам вымярэння або іншымі знешнімі фактарамі. Заява пра нявызначанасць вымярэння з'яўляецца неад'емнай часткай навуковай справаздачнасці.
Паўторныя вымярэнні
Паўторныя вымярэнні дапамагаюць паменшыць выпадковыя памылкі і забяспечваюць больш надзейныя дадзеныя. Для атрымання больш прадстаўнічага значэння часта выкарыстоўваецца сярэдняе значэнне некалькіх вымярэнняў.
Сістэматычныя і выпадковыя памылкі
Сістэматычныя памылкі — гэта памылкі, якія паслядоўна адхіляюцца ў пэўным кірунку і выкліканыя фіксаванымі фактарамі, такімі як некалібраваныя вымяральныя прыборы. Выпадковыя памылкі — гэта памылкі, якія змяняюцца выпадковым чынам і выкліканыя непрадказальнымі або некантралюемымі фактарамі.
Выснова
Вымярэнне — гэта аснова ўсіх эксперыментаў у фізіцы. Авалоданне асноўнымі метадамі фізічных вымярэнняў і разуменне асноўных прынцыпаў — гэта першы крок да дакладных і надзейных навуковых даследаванняў. З дапамогай правільных вымяральных прыбораў, правільных метадаў і глыбокага разумення нявызначанасці вымярэнняў навукоўцы могуць атрымліваць дакладныя дадзеныя і рабіць надзейныя высновы са сваіх эксперыментаў.
