دانلود تحقیق مستقیم و تجربی قوانین نظری در آزمایشگاه

صنعت جدید ، مهندسی و تکنولوژی همبستگی بسیار نزدیک با علوم پایه دارد دانستن حقایق تعاملات و فرآیندهای صنعتی در گرو آگاهی خوب از قوانین علوم پایه است این آگاهیها صرفاً از متون کتابهای درسی و شنیدن درسهای نظری حاصل نمی شود مگر این که دانشجو خودش در آزمایشگاه دست به تحقیق و بررسی بزند تا به رازها و نهفته ها و دقایق اصول و قوانین فیزیک دست یابد .مهمترین هدف از کار در آزمایشگاه تحقیق مستقیم و تجربی قوانین نظری است .

که دانشجو در کلاس در با آنها برخورد می کند و همه اینها به منظور درک همه جانبه تری از مفاهیم نظری به عمل می آید .برای نیل بدین مورد کسب مهارت در روش تجربی ضروری است .لذا در آزمایشگاههای علوم پایه که دانشجو برای نخستین بار با کارآزمایشگاهی روبرو می باشد بیشترین تکیه بر آموزش روش صحیح و دقیق تجربی و نتیجه گیری منطقی از نتایج آزمایش بر اساس قوانین نظری و برآورد کیفیت نتایج می باشد.

تا تحقیق یک قانون بخصوص از آنجا که دانشجو پس از فراغت از تحصیل وارد بازار کار و صنعت می شود تا از اندوخته های علمی خود بهره برداری عملی نماید از این رو دروس عملی من جمله آزمایشگاه می تواند عرصه خوبی برای سنجش میزان آموخته های نظری و توانایی بهره گیری از اطلاعات کسب شده در مواجهه با شرایط و محیط جدید و متفاوت با محیط کلاس و درس و دانشگاه باشد .چرا که جامعه خواستار دانش و توانمندیهای عملی است نه صرفاً اطلاعات علمی دروس عملی می تواند پل ارتباطی خوبی میان این دو برقرار نماید و این امر نیز می تواند هدف دیگر کار درآزمایشگاه تلقی شود .آشنایی با محیط آزمایشگاه و مقررات مربوط به آن ضروری است لذا توصیه می شود به موارد زیر توجه فرمایید.
1- در اولین جلسه وورود به آزمایشگاه از محل وسایل ، کلید و پریز برق ، شیر آب ، جعبه کمکهای اولیه ، کپسول آتشنشانی و غیره آگاهی یافته و به خاطر بسپارید .
2- رعایت نکات انضباطی از شرایط اولیه کار دسته جمعی است همواره مواظب باشید تا مزاحمتی برای دیگران ایجاد نگردد .
3- محیط آزمایشگاه را تمیز نگه دارید.
4- پیش از حضوردر هر جلسه آزمایشگاه، مطالب مربوط به آن جلسه را از کتاب فیزیک و دستور کار آزمایشگاه فیزیک و با کتابهای جنبی مطالعه کرده و آمدگی لازم را برای انجام آزمایش کسب کنید .
5- از روز اول باید دفتر کار (و ماشین حساب )همراه داشته باشید و همه اطلاعات مفید را مطابق دستورهای داده شده در آن بنویسد .
6- برای انجام آزمایش هر یک از جلسات وسایل مورد نیاز را به طور کامل و سالم تحویل گرفته و در حین انجام آزمایش در حفظ و نگهداری آن کوشا باشید و پس از پایان آزمایشهای مربوط تمام وسایل را سالم تحویل دهید .
7- سعی کنید تمام افراد گروه در انجام آزمایشها شرکت داشته باشند .
8- چنانچه طرز استفاده صحیح از وسیله ای را نمی دانید آن را به کار نگیرید و در صورت لزوم از مربی آزمایشگاه کمک بگیرید .
9- در ضمن کار با ید مقررات ایمنی را رعایت کنید و مواظب باشید به خود و دستگاهها صدمه ای وارد نکنید چنانچه ضمن انجام آزمایش برایتان حادثه ای پیش آمد برای رفع آن به مربی یا مسئول آزمایشگاه مراجعه کنید .
10- در حین آزمایشها بهتر است که دانشجو فکر خود را به کار انداخته و سعی کند جواب سؤالهای پیش آمده را شخصاً و اگر نشد با مشورت همکاران خود و اگر باز هم نشد توسط مربی آزمایشگاه بدست آورد ولی این روش که دانشجو تا با سؤال و مشکلی مواجه گردید فوراً بخواهد آن را از دیگران بپرسد آموزنده نیست.
11- در حین اندازه گیریها و آزمایشها از همان اول باید مراقب منابع خطای اندازه گیری بوده و سعی شود تا حد امکان از میزان خطاها کاسته شود .
12- در مواردی که احتمال وجود خطا زیاد است باید آزمایش را به دفعات لازم تکرار کرده و میانگین اندازه گیری های را بدست آورید تا از تأثیر خطاهای تصادفی کاسته گردد .
13- دانشجو در حین خروج از آزمایشگاه باید دفتر کار خود را به امضای مربی برساند تا اینکه مربی کار وی را بررسی نموده و اگر کم و کاستی روی داده باشد همانجا جبران شود .
تهیه گزارش کار
ارائه گزارش به مافوق و تدوین طرح و برنامه اجرایی و نحوه نظلرت بر چگونگی عملیات در سطوح پایین تر از ضروریات کار در مراکز صنعتی ، اداری و خدماتی است لذا تهیه گزارش کار آزمایشگاه می تواند تمرین خوبی برای این مقاصد باشد .

از کلیه آزمایشهایی که مشاهده کرده و یا انجام داده اید گزارشی تهیه کنید که شامل موارد زیر باشد :
1- نام و نام خوانوادگی و شماره دانشجویی و …
2- رشته تحصیلی… روز و ساعت آزمایشگاه … تاریخ انجام آزمایش …
3- موضوع آزمایش …
4- هدف آزمایش …
5- وسایل لازم برای انجام آزمایش …
6- مطالب علمی مربوط به ازمایش به طور اختصار …
7- شرح نحوه انجام آزمایش …
8- اشکال مورد نیاز …
9- نمودار ، جداول و محاسبات لازم …
10- عوامل خطا و راههای کم کردن اثر آنها …
11- نتیجه حاصل از آزمایش …
12- مقایسه نتایج حاصل از آزمایش با مقادیر ایده آل که از نظریه حاصل می شود و نوشتن دلایل مطابقت و عدم مطابقت آنها …
13- نظرات و پیشنهادات …
14- پاسخ به پرسشهای دستور کار آزمایشگاه …
خطا (بیراهی )
برای اندازه گیری هر کمیتی باید آن را با مقداری از همان کمیت که به عنوان واحد انتخاب شده بسنجیم نسبت مقدار کمیت به واحد آن را اندازه یا مقدار عددی آن کمیت می نامند .اما معمولاً در خلال مقایسه ، دچار خطا می شویم که علت های گوناگونی دارد در زیر به اختصار این علل و عوامل را بررسی می کنیم :
عوامل خطا :
اغلب برای اندازه گیری یک کمیت می توان از ابزارهای مختلف با دقتهای مشخصی استفاده کرد .به عنوان نمونه ضخامت یک قطعه شیشه را می توان با یک خط کش با دقت میلی متر ،با کولیس با دقت دهم میلی متر و با ریز سنج با دقت صدم میلی متر اندازه گرفت پس هر چه از ابزار دقیق تری استفاده شود معمولاً دقت اندازه گیری بیشتر خواهد بود اما دقت ابزار اندازه گیری محدود می باشد و به طبع آن امکان خطا نیز وجود دارد و این عامل را خطای ابزار اندازه گیری می نامیم از طرفی دقت شخص اندازه گیر نیز عامل دیگری محسوب می گردد که برای مثال عمود بودن خط دید شخص بر خط دماسنج می تواند دقت را افزایش دهد و عدم توجه به این امر باعث افزایش خطا می گردد همچنین عوامل محیطی می تواند بر دقت اندازه گیری تأثیر گذار باشند .برای نمونه دمای محیط می تواند تأثیر مستقیمی بر اندازه گیریهای ترمودینامیکی بر جای بگذارد پس به طور خلاصه عوامل خطا به سه دسته زیر تقسیم می گردد :
1- خطای ابزار اندازه گیری
2- خطای انسان یا شخص اندازه گیرنده
3- خطای ناشی از عوامل محیطی
البته گاهی خطاهای تصادفی در اندازه گیریها وارد می شوند که که با چند بار اندازه گیری و گرفتن میانگین می توان تأثیر این خطاها را کم کرد .
البته گاهی خطاهای تصادفی در اندازه گیریها وارد می شوند که که با چند بار اندازه گیری و گرفتن میانگین می توان تأثیر این خطاها را کم کرد .

خطای مطلق و خطای نسبی همانگونه که گفته شد معمولاً اختلافی بین مقدار واقعی یک پارامتر مانند x و مقدار اندازه گیری شده xّ وجود دارد که آن را خطای مطلق می نامند .

خطای مطلق = x –x = x اما در عمل برای مقایسه دقت در اندازه گیری از عبارت دیگری به نام خطای نسبی استفاده می گردد که به صورت زیر تعریف می شود .

خطای نسبی ، نسبت خطای مطلق به مقدار واقعی کمیت می باشد .

= = خطای نسبی خطای مطلق x Δ کمیتی از جنس x و با تغییر واحد اندازه گیری x مقدار عددی آن تغییر می کند ولی خطای نسبیx Δ /x Δچون نسبت بین دو کمیت از یک جنس می باشد عدد مطلق است و مقدار عددی آن با تغییر واحد اندازه گیری x تغییر نمی کند خطای نسبی معمولاً برای مقایسه دقت در اندازه گیریها و محاسبات به کار می رود ولی چون همیشه عددی است از یک کوچکتر ، بیشتر آن را به صورت درصد محاسبه نموده و آن را درصد خطا می نامند با در دست داشتن خطای نسبی ،درصد خطا به صورت زیر محاسبه می شود .

100 *خطای نسبی =در صد خطا برآورد حساب خطاها سه عدد 64/3 ، 640/3 ، 6400/3 از نظر ریاضی برابر ولی از نظر فیزیک تفاوتی با هم دارند و آن تفاوت میزان دقت انها است چرا که عدد اول تا دو رقم معنی دار ، عدد دوم تا سه رقم و عدد سوم تا چهار رقم معنی دار دقت دارد .لذا هر چه ارقام معنی دار یک کمیت بیشتر باشد نشانگر این است که با دقت بیشتری اندازه گیری و محاسبه گردیده اما گاهی در نتیجه اعمال جبری که بر روی اعداد ، خصوصاً اعداد اعشاری انجام می شود ظاهراً تعداد ارقام با معنی حاصل ، کمتر یا زیادتر از اعداد اولیه است ولی در این موارد با ید تعداد ارقام با معنی حاصل آن عمل جبری را برابر با عددی که کمترین تعداد رقم های معنی دار را دارد ، در نظر گرفت .

برای مثال حاصل ضرب دو عدد 6/1 و 43/2 ظاهراً 888/3 بدست می اید و لی از آنجا که عدد اول یعنی 6/1 فقط تا یک رقم معنی دار تعریف شده با عمل گرد کردن حاصل ضرب این دو عدد 9/3 بیان می شود بنابراین اعمال جبری نیز می تواند خطاهایی را در نتیجه محاسبات واردکنند لذا روشهایی را برای محاسبه حد اکثرخطای وارد شده در نتیجه را بیان می داریم : خطای حاصل جمع و خطای تفاضل چنانکه x=a+-b باشد خطای مطلق b,a به ترتیب a Δ وb Δخواهد بود ، در نتیجه مقداری که برای x بدست می آید به اندازه x Δاز مقدار واقعی آن اختلاف خواهد داشت که از رابطه زیر بدست می آید .

x +x = (a +a) + (b + b) x = a + b با توجه به این که حداکثر خطا مورد نظر است x به صورت زیر تعریف می شود .

و خطای نسبی برابر است با : x = a + b خطای حاصلضرب چنانچه x= a*b باشد می توان نوشت .

x =x =(a+a ) (b+b) x = ab + b.

a + ab با چشم پوشی از آخرین جمله سمت راست رابطه بالا که در مقایسه با سایر جملات عدد کوچکی است ، خواهیم داشت .

x = a.

b + b.

a و خطای نسبی برابر است با : خطای خارج قسمت اگر x باشد خواهیم داشت : x +x = x = - x با جایگزین کردن به جای x و گرفتن مخرج مشترک داریم : از جمله bb به دلیل کوچک بودن در مقابل b می توان صرف نظر کرد بنابراین پس خطای نسبی برابر است با : از آنجا که علامت a و b معلوم نیست ، برای اینکه حداکثر خطا نسبی محاسبه شود علامت منفی را مثبت قرار می دهیم بنابراین : بنابراین خطای نسبی حاصلضرب و خارج قسمت چند عدد برابر است با مجموع خطای نسبی آن اعداد .

دو روش کلی برای بدست آوردن خطا ها با استفاده از مشتق گیری : هر گاه x تابعی از پارامترهای a,b,c … (که خود قابل اندازه گیری اند) باشد ، یعنی x=fg (a,b,c,..) برای محاسبه حداکثر خطای مطلق (x)بر حسب خطای مطلق a,vb, c باید از طرفین رابطه بالا دیفرانسیل گرفت و به جای دیفرانسیل های da,db,dc , … خطاهای ماکزیمم a, b, c,..

را قرار داد .

بعنی که در آن ، مثلاً مشتق جزئی تابع f (a,b,c) نسبت به a می باشد .

و از آن رابطه خطای نسبی را بدست آورد .

مثال : در الکتریسیته توان به صورت p=RI2 بیان می شود .

اگر بتوان مقدار i.r را اندازه گیری نمود خطای هر یک به ترتیب R, I باشد خطای توان P برابر است با: 2- با استفاده از لگاریتم در ریاضیات می بینیم که اگر X=Log a dx = dlog a = اگر بین مقدار قابل محاسبه x و مقادیر a,b,c,… که مستقیماً از آزمایش به دست می آید رابطه : x = f (a,b,c ,…) برقرار باشد ، ابتدا باید از رابطه x=f (a,b,c,…) لگاریتم و سپس دیفرانسیل گرفت و بجای دیفرانسیل های dc,ad , da ,… .

خطاهای ماکزیمم c.

b, a و … را قرار داد .

لازم به ذکر است نوع لگاریتم (نپرین یا معمولی ) تاثیری در نتیجه نخواهد داشت .

مثال : اگر تابع ما به صورت x=a.b یا x= باشد ، طبق دستور کلی فوق از طرفین رابطه های فوق لگاریتم می گیریم که نتیجه می شود .

Log x = Log (a.b) = Log a+Log b Log x = Log ( ) = Log a- Log b حال از طرفین روابط بالا دیفرانسیل می گیریم : و اگر بجای دیفرانسیل های db, da خطاهای a, b را قرار می دهیم .

و چون علامت a, b معلوم نیست و منظور محاسبه حداکثر خطا است پس : آزمایش شماره 1 اندازه گیری طول ، جرم ، حجم و جرم حجمی هدف : آشنایی با برخی وسایل و روشهای اندازه گیری برای اندازه گرفتن هر کمیت وسایل ویژه ای وجود دارد .آنچه که در هر وسیله اندازه گیری مهم است میزان دقت و تناسب وسیله برای اندازه گرفتن کمیت مورد نظر می باشد و بر حسب مقدار کمیت باید از وسیله ای با دقت مناسب استفاده کرد .

بطور مثال ،برای اندازه گیری جرم یک گلوله با جرمی حدود 10 گرم ، بکار برای ترازویی با دقت 1/0 گرم کاملاً مناسب و با دقت یک گرم نسبتاً خوب است اما نمی توان از ترازویی که دارای دقت 5 گرم است برای اندازه گیری دقیق جرم گلوله مذکور استفاده کرد و یا مثلاً برای اندازه گرفتن مسافتی به طول چند صد متر لزومی ندارد متری که با دقت میلی متر مدرج شده بکار برد .

وسایل آزمایش : خط کش – کولیس – ریزسنج – استوانه مدرج – ترازو – گلوله فلزی – استوانه فلزی تو خالی ابتدا بطور مختصر با ساختمان و طرز کارکولیس و ریز سنج آشنا شده سپس به روش آزمایش با آنها می پردازیم .

کولیس : تصویر کولیس (از کتاب اول ص 9 و 10 ) این وسیله که برای اندازه گیری طول بکار می رود تشکیل یافته از یک خط کش میلیمتری که ورنیه ای در طول آن می تواند حرکت کند دقت کولیس ها بر حسب دقت درجه بندی ورنیه آنها متفاوت می باشند بطور مثال کولیس هایی با دقت 10/1، 20/1 ، 25/1، 50/1و 100/1 و میلی متر و نیز کولیس هایی با دقت 8/1، 16/1، 100/1، 128/1، 1000/1، و 10ینچ ساخته شده است .

برای محاسبه دقت کولیس مثلاً اگر در ورنیه ای 9 میلی متر را به 10 قسمت کرده باشند .

دقت کولیس 1/0=9/0-0/1 میلیمتر می باشد .

به وسیله کولیس می توان قطر داخلی ، خارجی و عمق را نیز اندازه گرفت .طرز استفاده از کولیس چنین است که طول مورد نظر را در بین شاخکها قرار داده ،نگاه می کنیم که صفر ورنیه از مقابل کدام درجه خط کش میلیمتری گذشته ، آن عدد را بر حسب میلیمتر یادداشت کرده ، سپس به دقت خطی از ورنیه را که بر یکی از درجات خط کش منطبق شده پیدا می کنیم و شماره آن رابه عنوان کسری از میلیمتر (بسته به دقت ورنیه) به عدد قبلی اضافه می کنیم .

(تصویر ورنیه از کتاب اول ص 10 ) البته در حال حاضر کولیس های دیجیتال نیز ساخته شده که نوعی از آن اندازه گیری را با دقت یک صدم میلی متر یا یک هزارم اینچ انجام می دهد .

2- ریز سنج : (تصویر ریز سنج از کتاب اول ص 12 ) از ریزسنج برای اندازه گیری دقیق تر برخی ابعاد استفاده می کنند .

ریزسنج تشکیل شده از یک پیچ و یک مهره مدرج ، که مهره ، استوانه ای است توخالی که سطح خارجی آن بصورت نیم میلی متر ، نیم میلی متر یا بصورت میلیمتری مدرج شده است.

این استوانه به کمانی متصل است .

در انتهای دیگر کمان زایده ای وجود دارد که به آن سندان یا دمانه می گویند .

پیچ در داخل کلاهکی قرار دارد و در داخل مهره حرکت می کند ، کلاهک پیچ بر روی سطح خارجی مهره جابجا می شود .در صورتی که گام پیچ 5/0 میلیمتر باشد دور کلاهک به پنجاه قسمت و اگر گام پیچ یک میلیتر باشد دور کلاهک پیچ به صد قسمت تقسیم می شود .زبانه قسمتی از پیچ است که از داخل مهره خارج شده و در داخل کمان جابجا می گردد .اگر پیچ یک دور بپیچد در نوع اول زبانه ریزسنج نیم میلیمتر و در نوع دوم یک میلیتر جابجا می شود .

بنابراین دقت آن 100/1 میلیمتر است .البته در نوعی از ریزسنج از ساختار کولیس نیز بهره گرفته شده و دقت این نوع از ریزسنج تا 100/1 میلیمتر دقت دارند .

برای اندازه گیری ، جسم مورد نظر رابین زبانه و سندان قرار داده و پیچ کلاهک را آنقدر می چرخانند جسم با زبانه و سندان تماس پیدا کند .

برای چرخاندن کلاهک پیچ ، پیچ هرز گرد (یا جعجفه) را می چرخانند ، پس از تماس زبانه با جسم ، پیچ هرزه گرد صدا می کند .

با شنیدن صدا عمل پیچاندن را متوقف می کنند .

در غیر این صورت از حساسیت وسیله کاسته می شود .

درجات میلیمتر را روی مهره و درجات صدم میلیمتر را از روی کلاهک پیچ می خوانند .درجه ای از کلاهک پیچ خوانده می شود که در امتداد خط طولی مهره قرار دارد .

3- ترازوی سه اهرمی تصویر ترازو از کتاب ص 30 ترازوی سه اهرمی یا ترازوی یک کفه ای از یک اهرم نوع اول تشکیل شده که جرم مجهول در روی کفه قرار گرفته و وزنه یا وزنه های استاندارد را روی اهرم یا اهرمهای لغزانده تا تعادل برقرار شده ، سپس عدد ورنیه را می خوانند .

برای افزایش ظرفیت ترازو می توان وزنه هایی نیز به انتهای اهرم متصل نمود و جرم ظرفیت ترازو می توان وزنه ها یا ضریبی از آن را به عدد ورنیه افزود .

این ساختار از روی ابزاری قدیمی تر به نام قپان یا کپان الگو برداری شده و در باسکوهای چند صد کیلوگرمی و حتی چند تنی نیز از همین ساختار استفاده می شود با این تفاوت که ممکن است جهت و امتداد اهرم تغییر کرده و یا از سیستم هیدرولیکی یا بادی (پنوماتیکی ) برای انتقال نیرو استفاده شود .

روش آزمایش : اندازه گیری طول : قطر گلوله ای در اختیار دارید ، قطر خارجی ، قطر داخلی ، ارتفاع و عمق استوانه فلزی را با خط کش و کولیس اندازه گرفته و در جدول ثبت کنید .

قطر خارجی گلوله را با استفاده از کولیس و ریزسنج نیز محاسبه نموده و حجم هر یک را در هر مورد محاسبه نموده و در جدول مربوط ثبت کنید .با روش غوطه ور کردن حجم هر یک از قطعات را اندازه گیری کرده با حجم محاسبه شده درهر مورد مقایسه کنید .

جدول اندازه گیرهای مربوط به استوانه فلزی جدول اندازه گیری مربوط به گلوله فلزی پرسش : دو عدد کولیس موجود است .

طول ورنیه کولیس اول 19 و طول ورنیه کولیس دوم 39 میلیمتر است .

هر یک از آنها را به 20قسمت مساوی تقسیم کرده اند .

دقت اندازه گیری هر یک از کولیس ها چه اندازه است ؟

چنانچه در ریزسنجی فاصله بین دو دندانه متوالی پیچ(گام پیچ) یک میلیمتر باشد و کلاهک پیچ به 50قسمت مساوی تقسیم شده باشد دقت اندازه گیری ریزسنج چه اندازه است ؟

تفاوت عملکرد ترازوی سه اهرمی با ترازوی دو کفه ای در چیست ؟

حجم اجسامی که شکل هندسی ندارند و در آب حل می شوند ، چگونه تعیین می کنید؟

آزمایش شماره 2 : بررسی انبساط طولی فلزات هدف اندازه گیری ظریب انبساط طولی فلزات زمینه نظری : یکی از اثرات حرارت بر روی اجسام تغییر اندازه آنها می باشد .

در صورتی که تغییرات فشار را ناچیز در نظر بگیریم ، همه اجسام در اثر تغییر دما ، تغییر اندازه می دهند جسم تغییر کرده در نتیجه فاصله متوسط آنها از یکدیگر تغییر می کند .

بنابراین اگر دمای جسم را بالا بیبریم ، در هر سه بعدی آن تغییر طول ایجاد خواهد شد .

این تغییر طول برای اکثر اجسام مثبت و برای برخی مانند کربن منفی می باشد .(چرا)؟

تغییر طول در هر بعد تابعی است از دما ، طول آن بعد و جنس جسم افزایش طول در یک بعد جسم را انبساط طولی یا خطی می گویند و آنچه در این مورد معرف در یک بعد جسم را انبساط طولی یا خطی می گویند و انچه در این مورد معرف ویژگی مربوط به جنس جسم است ، ضریب انبساط طولی نام دارد و یا λ نمایش داده می شود .

طبق تعریف λ عبارت است از : تغییر طول نسبی جسم به ازاء یک درجه سانتیگراد تغییر دما .

λ = ضریب انبساط طولی غالباً خود تابع دما است ولی از آنجایی که تغییرات آن با دما بسیار کند است ، می توان آن را در یک محدوده کوچک دما ثابت فرض نمود و رابطه بالا را به صورت زیر نوشت : λ = در این رابطه L0 طول اولیه جسم قبل از حرارت داده .

T = (T-T0) تغییر دما و T= L(T)-L(T0) یا L=L-L0 ازدیاد طول جسم به ازای T است .

وسایل آزمایش : دستگاه انبساط طولی – دما سنج – بالن (یا ارلن) – شیلنگ رابط – منبع حرارتی – سه پایه و توری نسوز شرح دستگاه انبساط طولی : دستگاه انبساط طولی شامل یک لوله شیشه ای است (شماره 6) .

که از یک طرف آن (ورودی شماره 4) بخار آب وارد شده و از طرف دیگر (خروجی شماره 3)خارج می گردد و از این طریق میله ای فلزی که در وسط آن جا داده شده است (شماره 7) گرم می شود .

این میله از یسک طرف توسط پیچی (شماره 5) به پایه اصلی محکم شده و نسبت به آن پایه ثابت شده است و از طرف دیگر انبساط یا انقباض آن توسط میکرومتر (شماره 1) اندازه گیری می شود .

چون میکرومتر توسط پیچ فلزی را اندازه بگیرد .

یک دما سنج (شماره 8)در وسط لوله شیسشه ای طوری قرار گرفته که دمای میله فلزی را نشان می دهد .

میکرومتر مورد استفاده در این آزمایش معمولاً از نوع اندیکاتور یا عقربه ای (ساعتی) است .

دذر این نوع از میکرومتر که اصولاً برای اندازه گیری تغییرات طول بکار می رود ؟

پایه میکرومتر که بین زبانه و صفحه مدرج قرار دارد به محلی محکم شده و تغییر مکان زبانه که به صورت کشویی می باشد نسبت به پایه اندازه گیری می شود .

تغییرات بر حسب میلیمتر روی زمینه صفحه مدرج نشان داده شده و قسمتی از تغییرات که کسری از میلیمتر است بوسیله تغییر مکان عقربه نشان داده می شود .

دقت این نوع میکرومتر معمولاً تا 100/1 میلیمتر است .

در بعضی از دستگاه های انبساط طولی نیز از میکرومتر دیجیتال استفاده می شود .

روش آزمایش : در این آزمایش از یک بالن یا ارلن استفاده می شود که تا دو سوم حجم آن آب مقطر ریخته شده است .

این ظرف توسط یک لوله لاستیکی از بالا به ورودی بخار دستگاه ارتباط داده می شود .

ابتدا شعله گاز را روشن نمود و مطمئن می شویم که اتصال لوله بخار به دستگاه صحیح باشد و همچنین منفذ اطمینان برای خروجی بخار اضافی در بالای ظرف آب باز باشد .

سپس محل میکرومتر را طوری تنظیم می کنیم که با میله فلزی در تماس مستقیم باشد و دمای آن را نشان دهد .

حال صبر می کنیم تا در اثر حرکت بخار داغ از اطراف میله فلزی تمام نقاط آن را به طور کامل گرم کند .

برای اطمینان از این موضوع باید آن قدر صبر کنیم که دما سنج بالاترین دما را نشان دهد .

وقتی دما ثابت شد باید چند دقیقه دیگر نیز صبر کنیم تا نیمه دیگر میله نیز گرم شود هرگاه تنظیم می کنیم که بالاترین اندازه را نشان دهد .

سپس شعله را خاموش کرده و منتظر می مانیم تا دمای میله شروع به کاهش کند .

حال دماهای مختلفغ میله را در مقابل اندازه های مختلف میکرومتر یاداشت می کنیم .

به ازای هر دو یا پنچ درجه کاهش دما کاهش طول میله را یاداشت کرده و نتایج را در جدولی مشابه به جدول زیر می نویسیم: در پایان دمای آزمایشگاه (T0) را اندازه گیری کرده و نیز طول میله فلزی را در دمای آزمایشگاه (L0) را نیز اندازه گیری کرده و یادداشت کنید .

نمودار تغییرات طول (L) را برحسب دما (T) روی کاغذ میلیمتری رسم کنید .

خط بهترین شیب را رسم کرده و با استفاده از آن λ و در صد خطای را محاسبه کنید .

پرسش : در چه دمایی جنس مولکولها به صفر می رسد ؟

تاثیر آن چیست ؟

اگر فشار وارد بر میله مورد آزمایش ثابت نباشد چه حادث می شود و مساله را چگونه می توان بررسی کرد ؟

چرا برای ساختن بتون آرمه از میله های آهنس استفاده می شود ؟

آیا می توان به جای میله آهنی از میله های دیگری استفاده کرد ؟

چرا ؟

چند مورد از وسایلی که در انها از اختلاف ظریب انبساط طولی مواد مختلف بهره گرفته شده را نام برده و چگونگی آن را توضیح دهید .

آزمایش شماره 3 : بررسی انبساط حجمی مایعات هدف : اندازه گیری ضریب انبساط حجمی مایعات زمینه نظری : همنانگونه که گفته شد یکی از مهمترین آثار حرارت بر روی مواد انبساط می باشد .در مورد اجسام جامد می توان انبساط را به صورت انبساط طولی ، سطحی و حجمی بیان کرد .با اندازه گیری ضریب انبساط طولی و ضرب کردن آن در دو یا سه به ترتیب ضریب انبساط سطحی و حجمی را محاسبه نمود .اما در مورد مایعات فقط انبساط حجمی مطرح است .

عموماً مایعات در دمای ثابت و فشار ثابت دارای حجمی ثابت بوده و افزایش دما باعث ازدیاد حجم آنها می گردد .

البته موارد استثنا نیز وجود دارد ،همچون آب که از دمای صفر تا چهار درجه سانتیگراد با افزایش دما حجم آن کاهش می یابد .

(چرا؟) ولی با این حال اغلب مایعات در اثر افزایش دما حجمشان افزوده می گردد .هر چند ضریب انبساط برای یک مایع به دما و فشار بستگی دارد (چرا؟) ولی در دماهای معمولی و فشار نزدیک به فشار جو عددی را به عنوان ضریب انبساط حجمی یک مایع اندازه گیری کرده و این امر در حل بسیاری از مسائل راه گشا می باشد .

ضریب انبساط حجمی را بسیار کتابها با نماد Βنشان داده می شود و بنا به تعریف عبارت است از تغییر حجم نسبی مایع به ازاء یک درجه سانتیگراد تغییر دما در فشار ثابت Β=I/V ΔV/ΔT در رابطه بالا V حجم اولیه مایع (T-Τ0)=ΔT تغییر دما که اختلاف دمای اولیه T0 و دمای ثانویه T بوده و (V-V0)=ΔV تغییر حجم مایع که اختلاف حجم اولیه مایع V0 و حجم ثانویه V می باشد البته با توجه به رابطه بالا در صورتی که ستونی از مایع با سطح مقطع ثابت در نظر بگیریم افزایش ارتفاع ستون مایع می تواند به عنوان افزایش حجم مایع در نظر گرفته شود (چرا؟) وسایل آزمایش : استوانه مدرج – لوله شیشه ای که یک طرف آن مسدود باشد – خط کش – دما سنج – بشر – سه پایه وتوری نسوز – منبع حرارتی .

لوله شیشه ای را از الکل (یا مایعی که می خواهید ضریب انبساط حجمی آن را اندازه بگیرید ) تا ارتفاع دو سوم پر کرده و درون استوانه مدرج که از قبل تا نیمه از آب پر کرده اید ، قرار دهید .خط کش را درون استوانه مدرج قرار داده و ارتفاع اولیه ستون مایع را یادداشت کنید (L0) سپس کمی صبر کنید تا دمای آب داخل استوانه و ستون مایع به تعادل برسد و آنگاه دمای تعادل اولیه را یادداشت کنید (T0) .کمی آب داخل بشر ریخته و حرارت دهید تا دمای آن حدود بیست تا سی درجه افزایش یابد .

آب گرم را داخل استوانه مدرج ریخته تا حدی که حداکثر تا سه چهارم استوانه از آب پر شود .

کمی صبر کنید تا تعادل گرمایی برقرار گردد و سپس دمای تعادل ثانویه را یادداشت نمائید (T).

حال مقدار ΔT را از رابطه ΔT=(T-T0) بدست آورید .

ارتفاع ثانویه ستون را نیز اندازه گیری کرده یادداشت کنید L)).

مقدار ΔL را از رابطه ΔL=(L-L0) بدست آورده و در رابطه زیر قرار داده و مقدارβ را محاسبه کنید .

Β=I/L0 ΔL/ΔT =I/L0 (L-L0)/(T-T0) آزمایش را چند بار تکرار کنید و مقدار متوسطβ را بدست آورید.

مقادیر بدست آمده را در جدولی مانند جدول زیر یادداشت کنید .

پرسش : دو ماده هم حجم ، یکی مایع و دیگری جامد را در نظر بگیرید.

اگر دمای هر دو را به یک اندازه افزایش دهیم ، در فشار ثابت ، حجم کدامیک بیشتر افزایش پیدا می کند؟

در این آزمایش انبساط ظاهری مایع را اندازه گیری می کنید یا انبساط واقعی مایع را ؟

فضای خالی تعبیه شده در بالایدماسنج ها برای چیست ؟

چرا در دستگاههای دقیق پیچ و مهره را از یک جنس می سازند ؟

آزمایش شماره 4 : اندازه گیری ظرفیت گرمایی گرماسنج هدف : آشنایی با گرماسنج و اندازه گیری ظرفیت گرمایی آن زمینه نظری : بارزترین تأثیر گرما بر مواد این است که دمای آنها را افزایش می دهد .

گرما انرژی منتقل شده از یک دستگاه به دستگاه دیگر است که از اختلاف دمای بین دو دستگاه تشخیص داده می شود .

افزایش دمای اجسام در اثر گرما بستگی به اندازه جرم و جنس آنها دارد .

بدین معنی که اجسام مختلف با جرمهای گوناگون اگر گرمای مساوی دریافت کنند ، دمای آنها به یک اندازه بالا نمی رود .

ظرفیت گرمایی یک جسم از هر جنس ، اندازه گرمایی است که جسم می گیرد تا دمای آن یک درجه سانتیگراد بالا رود .

بیان ریاضی ظرفیت گرمایی به طریق زیر است: ΔQ/Δt A= ارزش آبی یک جسم، برابر با جرم اندازه آبی است که از لحاظ تغییر دما مانند آن جسم عمل می کند .

اندازه عددی ارزش آبی با اندازه ظرفیت گرمایی جسم برابر است .

(چرا ؟

) از آنجا که در چند آزمایش از گرماسنج استفاده خواهیم کرد ، بطور اختصار ساختمان آن را توصیف می دهیم .

تصویر گرماسنج از کتاب راهنما ص178،179 گرماسنج (Clore meter) : برای بررسی برخی از قوانین حرارتاز دستگاهی به نام گرماسنج استفاده می شود .

از آنجایی که دمای قسمت داخلی گرماسنج با درجه حرارت محیط خارج معمولاً اختلاف دارد ، لذا مقداری گرما برای ایجاد تعادل حرارتی از طریق هدایت ، تابش و یا جابجایی تلف می شود .

باید گرماسنج طوری طراحی شود که اثر عوارض فوق حتی الامکان کاهش می یابد .

برای این منظور عموماً در ساختن گرماسنج نکات زیر را رعایت می کنند :