• Преподавателю
  • Другое
  • Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

Практическая работа по физике в 10 (профильном) классе с применением цифрового измерительного комплекса Casio по теме "Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации".   Наличие цифрового измерительного комплекса Casio позволяет не только возродить на новом уровне многие традиционные работы практикума, но и провести другие не менее интересные работы. Например, «Наблюдение процесса установления термодинамического равновесия и измерение времени релаксации». Идею...
Раздел Другое
Класс -
Тип Конспекты
Автор
Дата
Формат docx
Изображения Есть
For-Teacher.ru - все для учителя
Поделитесь с коллегами:

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации





Р.А. Видинеева- учитель физики, МАОУ гимназия восточных языков №4, г. Хабаровск



Практическая работа

Наблюдение процесса установления термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

(10 класс, профильный уровень)

«В настоящее время разработка оборудования и методики проведения лабораторного практикума для профильного уровня обучения физике - одна из актуальных проблем. Это связано с тем, что в программах профильного уровня выделено значительное время (по 20 часов в Х и ХI классах) на проведение практикума, однако ни тематика, ни оборудование не определены»[2]. Поэтому каждый учитель осуществляет подбор практических работ индивидуально, испытывая определенные трудности. Наличие цифрового измерительного комплекса Casio позволяет не только возродить на новом уровне многие традиционные работы практикума, но и провести другие не менее интересные работы. Например, «Наблюдение процесса установления термодинамического равновесия и измерение времени релаксации». Идею проведения такой работы почерпнула из [1], стр.11. При выполнении данной работы ученикам предоставляется право выбора: выполнять работу традиционно (по описанию [1], либо с использованием DATA ANALYZER ЕА-200). Выполнение работы требует от учащихся сосредоточенности, внимания и при правильном распределении времени они успевают сделать измерения, построить график, определить время, в течение которого устанавливается термодинамическое равновесие и ответить на 2-3 контрольных вопроса. Рассмотрим, как можно провести такую работу, используя цифровой измерительный комплекс Casio. Цель работы: Исследовать процесс теплообмена в замкнутой изолированной термодинамической системе и определить время релаксации. Оборудование: небольшой стакан, калориметр, цифровой измерительный комплекс ЕА-200 -fx-9860G (или fx-9860GII).

Указания к проведению работы. *Подготовка измерительного комплекса к работе (после нескольких тренировок многие ученики делают это очень быстро). 1) Соедините калькулятор и DATA ANALYZER ЕА-200 кабелем SB-62.

2) Вставьте один датчик (для измерения температуры горячей воды) в порт СН1 лаборатории, а второй (для измерения температуры холодной воды) - в порт СН2. 3) Включите калькулятор - клавиша AC/ON. Калькулятор управляет работой лаборатории в режиме E-CON2. Для входа в данный режим в основном MENU выделите пиктограмму [E-CON2] и нажмите клавишу [EXE]. 4) Включите ЕА-200 - зеленая клавиша ON/OFF (начнет светить постоянно индикатор Power). Войдите в меню настройки лаборатории - клавиша [F1](SET) калькулятора.

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

5) Перейдите в режим «мастер настройки» - клавиша [F2](ADV) - ручная настройка. Ее выбор продиктован тем, что используются 2 датчика температуры.

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

6) Выберете канал подключения датчиков - [1] Channel (клавиша с цифрой 1), затем нажмите [F1] (Casio) , указав тем самым что выбраны датчики производства фирмы «Casio». На экране появится список датчиков.

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксацииИсследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

7) С помощью клавиши[REPLAY] выделите строку [Temperature] и нажмите клавишу [EXE].

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

8) Укажите единицу измерения температуры (градус Цельсия - оС) и вновь нажмите клавишу [EXE].

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

В строке СН1, после двоеточия, появится надпись Temperature, указывающая на то что будет измеряться температура.

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

9) Переведите фоновое выделение на строку СН2 и повторите операции 6-8.

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксацииИсследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

10) Возвратитесь в меню ручной настройки - клавиша [EXIT] или [EXE] и укажите режим проведения измерений (нормальный) - клавиши [F2] Sample (клавиша с цифрой 2) , и [ F 3 ] ( Norm ).

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксацииИсследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

11) Переместите фоновое выделение на строку Interval (шаг) и установите интервал времени между последовательными замерами. В описанной работе он равняется 10сек. Для выставления цифры выбранного интервала предварительно нажмите клавиши [F1](NUM), 10 [EXE].

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксацииИсследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

12) Опуститесь на строку Number и укажите количество замеров: [F1](NUM), 49, [EXE]. Количество замеров можно выбирать по своему усмотрению с учетом того, чтобы можно было измерить время релаксации (время наступления теплового равновесия). В представленной работе их было сделано 49.

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

Ниже под строкой Number будет указано общее время выполнения измерений - 8 минут. 13) Включите таймер Warm-up и установите время подготовки комплекса к началу проведения измерений в режиме (Auto)-автоматический) - клавиша [F1].

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

14) Вернитесь в окно ручной настройки - клавиша [EXIT] . 15) Начните измерения - клавиша [F1](STRT) - старт. На экране калькулятора появится запрос: все ли подключения сделаны верно и качественно?

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

16) При обнаружении ошибки калькулятор выдаст сообщение Communication ERROR. Нажав любую из клавиш, вернитесь в меню настройки, для проверки правильности подключения датчиков, кабеля и просмотра параметров измерений. 17) Повторно нажмите клавишу[F1](STRT). На запрос калькулятора Start sampling? (Начать измерения?) нажмите клавишу [EXE]. Услышите характерный звук. Через каждые 10 секунд будет мигать индикатор Sampling на ЕА-200, а на экране калькулятора будет отображаться таймер обратного отсчета времени. После окончания измерения на экране появится график. 18) Исследуйте график в режиме Trase - клавиши SHIFT] и [F1]. Перемещая с помощью клавиши [REPLAY] курсор, определите время релаксации и соответствующую температуру. Как видно из представленного графика, тепловое равновесие в системе наступило через 130 секунд после начала измерения при температуре 35,64оС. 19) Выйдите из режима Trase, нажав клавишу [EXIT]. С помощью повторного нажатия на эту же клавишу вернитесь к исходному экрану.

Исследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксацииИсследование процесса термодинамического равновесия и измерение времени релаксации

20) Сохраните полученный график и настройки - нажав [F2](МЕМ). Убедитесь, что график сохранился - клавиши [F5](GRPH) и [F6](DRAW). 21)Ответьте на контрольные вопросы: а) Чем отличаются термодинамические системы от механических? б) Является ли рассматриваемый процесс теплообмена между горячей и холодной водой обратимым процессом? в) Дайте термодинамическое определение температуры.

Выполнение практических работ с использованием цифрового измерительного комплекса Casio создает у учащихся чувство причастности к серьезному научному эксперименту и тем самым формирует интерес к изучению физики.

Литература:

1.Орлов В.А. Равновесная и неравновесная термодинамика. Элективный курс: Учебное пособие / В.А. Орлов, Г.Г.Никифоров. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 120с.: ил. ISBN 5-94774-303-5

2.Лабораторный практикум по физике на основе цифрового измерительного комплекса ЕА-200 - fx-9860G / И.Е. Вострокнутов, Г.Г. Никифоров, Н.С. Никитина, Д.О. Смекалин, , И.В. Антонов, И.А. Духовникова, М.Ю. Жилкина, Т.А. Жолнович, Л.П. Мошейко, Т.Л. Панфилова, Е.Д. Федосова, С.В. Шарова, Е.А. Щенникова, Л.П. Якимчук; под ред. И.Е. Вострокнутова, Г.Г. Никифорова. - М.: «Принтберри», 2010. - 82с. ISBN 978-5-91451-009-8



© 2010-2022