Упражнение 5. Измерение высоты

Используемый прибор: универсальный прибор GTD-1100.

Режим проведения измерений описан в упражнении 4.

Данные заносятся также в таблицу 9.

 

Рассчитайте давление по формуле Больцмана (2) и также внесите это значение в таблицу 9. В таблице 9 рассчитанное по формуле Больцмана давление обозначено .

 

Приведите причины, по которым значения давлений и могут не совпасть.

 

Контрольные вопросы

1. Дайте определения понятий температуры, влажности, давления, точки росы.

2. Приведите численные значения диапазонов температур, давлений и влажности, пригодные для жизни человека.

3. Приведите численные значения температуры, давления и влажности в вашей местности с учётом сезонных изменений.

4. Как давление зависит от высоты над уровнем Земли? Приведите аналитическую зависимость.

5. Изобразите на одном рисунке зависимости давления от высоты для разных газов. Объясните, чем отличаются графики.

6. Объясните, почему результаты измерения температуры разными приборами отличаются. Можно ли считать их одинаковыми в каком-либо из приближений? Какой результат правильный?

7. Как зависит точка росы от метеорологических условий?

8. Как изменить (увеличить или уменьшить) влажность в рабочих и жилых помещениях? Когда это надо делать?

9. Зависит ли температура кипения воды от давления окружающей среды? Можно ли использовать кипящую воду для стерилизации продуктов, если это необходимо проделать высоко в горах?

10. С помощью каких приборов проводятся измерения перечисленных параметров в данной работе? Каковы пределы измерений?

 

Литературные источники

1. Физическая энциклопедия/М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. – Т.1. – С.547-553.

2. Физическая энциклопедия/М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. – Т.5. – С.61-64.

3. Физическая энциклопедия/М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. – Т.1. – С.285-286.

4. Физическая энциклопедия/М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. – Т.4. – С.399-400.

Работа № 26

ИЗМЕРЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ

Цель работы

Измерение уровня эффективного звукового давления.

 

Приборы и принадлежности

Прибор для измерения эффективного звукового давления (уровня звука) SLM 329 (Sound Level Meter 329).

 

Введение

Человек и животные живут в мире звуков и шумов, которые играют существенную роль в нашей повседневной жизни. С одной стороны, они являются сигналами информации, воспринимаемые индивидуумом. При этом звуки и шумы оказывают как желательные привычные (шум моря, леса, музыка), так и нежелательные, иногда травмирующие (шум технических механизмов, самолетов, грозы, взрывы и т.п.), физическое и психическое воздействия. С другой стороны, шумы играют существенную роль во многих областях науки и техники, таких как радиоэлектроника и радиотехника, оптика и астрономия, информатика и вычислительная техника и т.д.. Шумы, например, ограничивают чувствительность измерительной аппаратуры, уменьшают стабильность работы генераторов электрического тока, уменьшают устойчивость систем автоматического регулирования, ограничивают чувствительность и помехоустойчивость радиоаппаратуры.

Из выше сказанного становится понятным повышенный интерес к изучению звуков, шумов и вибраций.

В физике под звуком понимают упругие волны, распространяющиеся в газообразных, жидких и твёрдых средах. Диапазон звуковых волн достаточно широк. В быту (и в медицине) под звуком понимают явление субъективного восприятия органами слуха человека упругих волн, длины которых лежат в диапазоне от 16 Гц до 20000 Гц. На шкале звуковых волн упругие волны с частотами, меньшими 16 Гц, называют инфразвуком; волны с частотами свыше 20 кГц называют ультразвуком; самые высокочастотные упругие волны, лежащие в диапазоне от 10 до10 Гц, называют гиперзвуком.

Раздел физики, изучающий явления, связанные с источниками и распространением звуковых волн, называют акустикой.

Шум – беспорядочные колебания (флуктуации) различной физической природы, отличающиеся сложной временной и спектральной характеристикой. В зависимости от физической природы источника шума шумы разделяют на акустические и электрические.

 

Акустический шум

Источником акустического шума могут быть любые нежелательные механические колебания в твердых, жидких или газообразных средах. Можно выделить механический шум, вызываемый вибрацией и соударениями твердых тел (станки, машины, механические устройства); аэро- и гидродинамический шум, возникающий в турбулентных потоках газов и жидкостей в результате флуктуаций давления (шумы, возникающие в струе реактивного двигателя; в струе воды от винтов кораблей и подводных лодок и т.п.); термодинамический шум, обусловленный флуктуациями плотности газа (возникает, например, в процессе горения или при взрывах); кавитационный шум, связанный с захлопыванием газовых полостей (пузырьков) в жидкостях (явление кавитации).

Акустический шум может быть источником помех в работе радиоэлектронных устройств в низкочастотном диапазоне (вплоть до нарушения их работоспособности).

 

Электрический шум

К электрическим шумам относят нежелательные возмущения токов, напряжений или напряженностей электромагнитных полей в радиоэлектронных устройствах.

Различают шумы регулярные и флуктуационные. Первые носят периодический предсказуемый характер, вторые являются случайными. Примером регулярных шумов может служить фон переменного тока цепей питания радиоэлектронных устройств. Пример флуктуационного шума – электрические шумы, обусловленные неравномерностью эмиссии электронов в электровакуумных приборах (его называют дробовой шум), неравномерностью процессов генерации и рекомбинации носителей заряда в полупроводниковых приборах, тепловым движением заряда в проводниках, тепловым излучением Земли, Солнца, земной атмосферы и т.п.

По происхождению шумы подразделяются на естественные и технические. Естественные шумы обусловлены дискретным строением вещества и статистическим характером протекающих в нем процессов. К таким явлениям относятся тепловые движения носителей заряда, процессы рекомбинации, ионизации, прохождения частиц сквозь потенциальный барьер и т.д. В силу статистического характера процессов, являющихся причиной естественных шумов, они принципиально неустранимы. Технические шумы являются следствием конструктивно-технологического несовершенства радиоэлектронных устройств. К таким шумам относится, например, фон переменного тока цепей питания приборов, шумы вторичной электронной эмиссии, вибрации (вибрационные шумы). Вредное влияние технических шумов может быть существенно уменьшено или даже устранено более совершенными технологическими приемами разработки конструкции приборов.

 

Независимо от физической природы шум отличается от периодических колебаний случайным изменением мгновенных значений величин, характеризующих данный процесс. Нередко шум представляет собой смесь случайных и периодических колебаний. Для описания шумов и их источников используют различные математические модели, соответствующие их временной, спектральной и пространственной структуре. Для количественной оценки шумов пользуются усредненными параметрами, которые определяются на основе статистических законов.

В быту под шумом понимают беспорядочные звуковые волновые помехи различной природы, оказывающие вредное воздействие на организм человека и, прежде всего мешающие правильному восприятию речи и музыки, отдыху и работе.

Орган слуха человека (ухо) воспринимает как слышимый звук колебания упругой среды с частотами от 20 Гц до 20 кГц. Восприятие звука – субъективный процесс, зависящий, как отмечалось выше, от всех параметров звуковой волны (интенсивности, звукового давления, частоты). Все звуковые волны, интенсивности которых лежат между крайними значениями (порогом слышимости и порогом болевого ощущения) являются областью слышимости.

Повышенный уровень шума на рабочем месте отнесен к группе физически опасных и вредных производственных факторов.

Многочисленные исследования и повседневная деятельность свидетельствуют о том, что шум высокой интенсивности оказывает на человеческий организм вредное влияние: изменяется ритм сердечной деятельности, повышается кровяное давление, ухудшается слух, ускоряется процесс утомления, замедляются физические и психологические реакции. При обследовании рабочих многих шумных производств обнаружены различные расстройства функционального состояния центральной нервной системы, секреторной и моноторной систем, а также пищеварительного и желудочного тракта.

Неприятное воздействие шума в некоторой степени зависит от индивидуального отношения к нему. Например, шум, производимый самим оператором, беспокоит его меньше, чем более слабый, но раздражающий шум от постороннего источника.