В. Т. Казуб, Р. А. Водолаженко, Е. В. Соловьёва

В.Т. КАЗУБ, Р.А. ВОДОЛАЖЕНКО, Е.В. СОЛОВЬЁВА

 

 

ФИЗИКА

 

Часть I. Методы идентификации веществ

 

Учебное пособие

 

Пятигорск, 2013

 

 

Пятигорский филиал ГБОУ ВПО ВолгГМУ

                                                             

КАФЕДРА ФИЗИКИ И МАТЕМАТИКИ

В.Т. Казуб, Р.А. Водолаженко, Е.В. Соловьёва

 

ФИЗИКА

Часть I. Методы идентификации веществ

Учебное пособие для студентов 1 и 2 курсов

по дисциплинам С2.Б.2 - «Физика» и

С3.В.ОД.3 - «Физические основы технологических

процессов и методов фармацевтического анализа»

(очная и заочная формы обучения)

 

Пятигорск, 2013

УДК 544.2:543.06/.08 (075.8)

ББК 22.3я73

  К 14  

 

 

В.Т. Казуб, Р.А. Водолаженко, Е.В. Соловьёва

 

Рецензенты:

Доктор физико-математических наук, профессор кафедры физико-математических дисциплин филиала СКФУ в г. Пятигорске Янукян Э.Г.

Профессор кафедры информационных технологий, математики и средств

дистанционного обучения ПГЛУ Киселёв В. В.

 

К 14  Физика. Часть I. Методы идентификации веществ:  учебное пособие для

студентов очного и заочного отделений/В.Т. Казуб [и др.] - Пятигорск:

Пятигорский филиал ГБОУ ВПО ВолгГМУ, 2013. - 87 с.

 

 

Учебное пособие составлено в соответствии с программой по физике для студентов очных и заочных отделений фармацевтических вузов,  разработано на кафедре физики и математики, для подготовки и проведения занятий в физических лабораториях при выполнении экспериментальных работ по методам идентификации веществ.

Данное пособие содержит лекционную информацию, задания для самостоятельной работы студентов и контрольные вопросы для проверки готовности студентов к занятиям.

Печатается по решению ЦМК Пятигорского филиала ГБОУ ВПО ВолгГМУ.

 

УДК 544.2:543.06/.08 (075.8)

ББК 22.3я73

 

Содержание

 

 

Предисловие. 6

Работа № 1. Математическая обработка результатов измерений. 9

Работа № 2. Основы электробезопасности. 16

Работа № 3. Идентификация жидкостей по коэффициенту поверхностного      натяжения методом отрыва капель. 34

Работа № 4. Измерение коэффициента поверхностного

натяжения методом отрыва кольца. 42

Работа № 5. Идентификация жидкостей по коэффициенту вязкости. 51

Работа № 6. Метрология. Измерения линейных и угловых величин. 64

Работа № 7. Идентификация веществ по плотности с помощью пикнометра. 72

Работа № 8. Опытное определение отношения теплоемкостей газа. 77

Список рекомендуемой литературы.. 86

 

 

Предисловие

 

В последние годы содержание физического практикума в фармацевтической академии существенно изменилось. Наряду с традиционными лабораторными работами по общей физике, предусмотренными программами высшей школы для медицинских и фармацевтических учебных заведений, в него включены работы по биофизике, а также работы, связанные с изучением физических процессов новых технологий изготовления лекарственных препаратов. Это стало возможным благодаря исследованиям, проводимым в научных лабораториях при кафедре физики, где студенты, дипломники и аспиранты академии успешно ведут работы по поиску новых и совершенствованию традиционных технологий водного экстрагирования растительного лекарственного сырья с использованием электрофизических методов интенсификации диффузионных процессов. Теоретические аспекты разработанных способов экстрагирования и их аппаратурное оформление рассматриваются в двух лекциях по физике.

Цели, которые преследовали авторы настоящего учебно-методического пособия, заключаются в максимальном приближении условий опытов к обстановке современной физической лаборатории.

Одна из задач физического практикума заключается в том, чтобы научить правильно измерять значения физических величин и правильно сопоставлять их с известными математическими зависимостями. Студент должен научиться самостоятельно выбирать метод обработки результатов, менее всего чувствительный к погрешности отдельных опытов, наиболее полно использующий полученную информацию и выработать навыки практического использования аппаратуры для физико-химических методов анализа при обучении на профилирующих кафедрах и в будущей профессиональной деятельности.При выполнении всех экспериментальных лабораторных работ предусмотрено проведение статистической обработки результатов измерений с оценкой погрешностей измерений.

     На первом этапе студенты знакомятся с основами электробезопасности для персонала использующего электрические приборы, усваивают различия между рабочим и защитным заземлением, назначением защитного сопротивления, порядок монтажа электрических цепей и правила работы, способствующие снижению вероятности поражения электрическим током. Здесь же изучают методику расчета плавких вставок для предохранителей, правила пользования и подключения амперметров и вольтметров, учатся проводить расчет шунтов к амперметрам и дополнительных сопротивлений к вольтметрам.

     Навыки пользования измерительными приборами, умение определять цену деления шкалы различных приборов и снимать показания (линейные, угловые, тепловые, электрические, оптические) студенты приобретают на занятиях по метрологии и в дальнейшем эти навыки совершенствуют при выполнении каждой работы.

     Поскольку в практике провизора аналитические весы занимают особое место, то при изучении различных типов весов студенты овладеют не только теорией весов, техникой точного взвешивания, но и усвоят правила регулировки весов, правила определения погрешностей, смогут устранить незначительные неполадки. Закрепление навыков точного взвешивания осуществляется в дальнейшем в работах связанных с определением плотностей сыпучих твердых и жидких веществ с помощью пикнометра. При нахождении ряда физических констант жидкостей студенты осваивают работу с вискозиметром Стокса, ротационным вискозиметром и сталагмометрами, учатся определять коэффициент вязкости, коэффициент поверхностного натяжения жидкостей.

     Изучая основы радиационной безопасности, осваивая современные приборы дозиметрического контроля, учатся определять удельную, объемную активность бета излучения, фон, степень загрязнения различных проб (некоторые сорта чая, продукты питания, напитки, листья растений, лекарственные травы, земля и т.п.).

     Изучая приборы, в устройстве которых содержатся электронно-лучевые трубки (например, кардиограф), детально знакомятся с работой электронного осциллографа, при этом самостоятельно монтируют электрические цепи для визуального наблюдения фигур Лиссажу и изучения одно- и двухполупериодных выпрямителей на базе полупроводниковых диодов. Познавая действие переменного электрического тока на биологические объекты, студенты индивидуально проводят измерения импеданса живой ткани (как одного из современных методов диагностики организма человека), при различных частотах.

Закрепление теоретического материала по физическим основам интенсификации экстракционных процессов, осуществляется при выполнении работы «Экстрагирование растительного сырья с применением электрических разрядов в жидкости», с последующим анализом количественных и качественных результатов фотоколориметрическими методами и сравнением с результатами по данному сырью, полученными при классическом извлечении - мацерации.

Весь цикл выполняемых лабораторных работ подчинен программам профилирующих дисциплин и позволяет уже на первоначальном этапе обучения нацелить студентов на будущую практическую деятельность провизора.

 

Теоретические сведения

Характеристики многих физических процессов являются не воспроизводимыми измерениями, т.е. измерениями, которые не являются постоянными при повторении эксперимента, но случайно изменяются вблизи средней величины. Нужно также отметить, что во многих экспериментах происходит утрата образцов измерений и каждый повторный опыт производится на другом образце (например, шарик в опыте Стокса при определении коэффициента вязкости). Поэтому различие в результатах измерений может быть существенным.

     Применяя методы статистической обработки результатов опыта, можно судить о наиболее вероятном значении какого-либо количественного признака, о точности, с которым он определяется, об интервале, в котором находится с некоторой вероятностью истинное значение измеряемой величины.

     Для обработки результатов измерений необходимо знать закон распределения измеряемых величин. Мы не будем проводить специальной проверки на закон распределения измеряемых величин и будем во всех опытах считать его нормальным законом распределения, с достаточной степенью вероятности [3].   Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физических величин.

     Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений, например скорости тела по пройденному пути и затраченному времени.

     Прямое измерение - определение значения физической величины непосредственно средствами измерения, например плотности жидкости с помощью ареометра.

     Косвенное измерение - определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями, например объема предмета по длине, ширине и высоте.

Переменной

     Абсолютная погрешность косвенных измерений функции одной переменной

U= f (х) вычисляется по формуле [3]:

= ,                                         (1.5)

где - первая производная по х; - абсолютная погрешность прямых измерений определяемая по формуле (1.2).

     Абсолютная погрешность может быть получена из опыта, либо найдена путем вычислений. При работе с измерительными приборами  принимается равной половине цены деления шкалы измеряемой величины.

 

Нескольких переменных

     Рассмотрим функцию двух переменных U= f (х, y).

 Абсолютная погрешность определяется:

= ,                    (1.6)

где  - частные производные U= f (x, y) по переменным х и y соответственно; , - абсолютные погрешности прямых измерений.

1.5. Доверительный интервал

     Запись истинного значения косвенных измерений находящихся в интервале:

 или (U                               (1.7)

     Относительная погрешность рассчитывается по формуле:

.                                              (1.8)

Запись результатов

     Абсолютная погрешность округляется до двух значимых цифр взятых с избытком. Значимыми называются цифры отличные от нуля, кроме нуля стоящего между двумя другими цифрами. В окончательный результат заносятся все известные цифры, кроме сомнительных цифр (вместо сомнительной цифры записывается 0). Сомнительными называются цифры, имеющие тот же порядок, что и округленная цифра в абсолютной погрешности и все остальные, следующие за ней цифры.

     Пример округления: U =26,152; f = 3,412; =0,23276; f= 0,02063.

После округления:   0,24; f 0,021, так как цифра 4 в значении  и цифра 1 в f это округленные цифры, то цифра 5 в U и цифра 2 в f сомнительные. Тогда окончательный результат U и f запишется как:

      U (26, 20 0, 24); f (3,410 0,021);

Пример вычисления погрешностей прямых измерений

     При определении концентрации окрашенного раствора колориметром Дюбоска получены следующие значения толщины слоя жидкости: 10,4; 10,6; 10,4; 10,5; 10,7; 10,6; 10,4.

 

 

Выполним вычисления и заполним таблицу 1.1

Таблица 1.1

Экспериментальные и расчетные данные

 

n	hi		(  )^2
1 2 3 4 5 6 7	10,4 10,6 10,4 10,5 10,7 10,6 10,4	0,11 -0,09 0,11 0,01 -0,19 -0,09  0,11	0,0121 0,0081 0,0121 0,0001 0,0361 0,0081 0,0121
	73,6		0,0887

 

Рассчитаем среднее арифметическое наблюдаемых значений по формуле:

;

Вычислим оценку средней квадратической погрешности среднего арифметического по формуле (1.1):

 = = 0,046;

Абсолютная погрешность (1.5): ; После округления запишем: .

Доверительный интервал определим по формуле (1.7):              

  h = (10,50 0,12) мм;

Оценим качество измерений:

E % = - качество измерений удовлетворительное.

Пример расчета доверительного интервала

     В результате проведенных измерений тока и напряжения, для построения вольтамперной характеристики полупроводникового диода, были получены следующие данные: при изменении напряжения на диоде от 0,8 до 6,0 вольт, величина прямого тока (I_пр) изменилась от 6 до 200 миллиампер (см. табл. 1.2).

Таблица 1.2

Результаты измерений напряжения и тока

U, B	0,8	1, 2	1, 6	2, 0	4, 0	6, 0
Iпр.^.10^-3, A	6	20	35	46	120	200

 

     В данном примере для нас представляет интерес зависимость сопротивления диода от напряжения при протекании прямого тока. Величину сопротивления диода для прямого тока вычислим по закону Ома: .   Величина R является косвенно измеряемой величиной, так как рассчитывается по формуле, в которую входят результаты прямых измерений. Абсолютная погрешность R косвенно измеряемой величины R определится по формуле (1.6):

,

где  - частная производная по переменной U;

 - частная производная по переменной I.

В данном случае за абсолютную погрешность можно приять систематическую погрешность приборов, которая равняется половине цены деления прибора.

U= 0, 2В; I= 2мА.

 

 

Значения сопротивлений:

R₁ 0,133·10³;    R₁  0,0555·10³; R₁  (0,130  0,056);

R₂ 0,06·10³;      R₂  0,0116·10³; R₂  (0,06  0,012);

R₃ 0,0457^.10³;    R₃  0,00627·10³; R₃ (0,046  0,0063);

R₄ 0,0434·10³;   R₄  0,00473·10³; R₄  (0,040 0,004);

R₅ 0,0333·10³;   R₅  0,00173·10³; R₅ (0,0033 0,0018);

R₆  0,03·10³;       R₆  0,001·10³;          R₆  (0,03 0,001);

Далее, по этим данным строится график зависимости сопротивления диода от величины напряжения с указанием на графике доверительных интервалов (рис.1.1).

Рис. 1.1 Зависимость сопротивления диода от величины напряжения

 

 

Теоретические сведения

 

Введение

     Особенности работы с электротехническими устройствами обусловлены повышенной опасностью поражения электрическим током. Поэтому студенты обязаны проходить инструктаж по электробезопасности, знать правила безопас­ности и местные инструкции применительно к каждой выполняемой работе.

 

Часть I.

Электрическим током

 

- прикосновение к токоведущим частям (с поврежденной изоляцией штепселя или розетки);

- прикосновение к корпусам приборов, которые оказались под напряжением из-за неисправности заземляющих проводов или нарушения изоляции подводящих проводов. Этот вид поражения носит название напряжение прикосновения - разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которых одновременно касается человек.

При обрыве провода (замыкание на землю) ток растекается в землю и существует реальная возможность попадания под шаговое напряжение. напряжение между двумя точками поверхности земли, отстоящими на расстояние одного шага в зоне замыкания (это примерно 0,8 м), называется шаговым напряжением.

     При выполнении лабораторного цикла приборы, как правило, включаются в городскую сеть переменного напряжения величиной 220В частотой 50 Гц. В этом случае опасность поражения током зависит от того, каких токоведущих частей касается человек. При касании двух клемм розетки или двух оголенных проводов человек попадает под напряжение 220 В и величина тока I_ч через тело человека будет определяться только его сопротивлением R_ч (рис. 2.2).

Рис. 2.2.

 

Если же человек касается одной клеммы находящейся под напряжением, то величина тока через тело человека (I_ч) уже будет определяться его сопротивлением, сопротивлением обуви и сопротивлением пола (рис. 2.3), а если в аудиториях проводящие полы, сырость - опасность поражения током возрастает.

Рис. 2.3

 

Как правило, такие два вида поражения электрическим током объясняются, прежде всего, нарушением изоляции проводов, неисправностью розеток, соединительных разъемов, штепселей и невнимательностью персонала.

     Для исключения поражения электрическим током все металлические корпуса приборов должны быть заземлены, т.е. соединены отдельным проводником с общим контуром заземления. В этом случае, при нарушении изоляции или замыкании на корпус, прикосновение к металлическому корпусу прибора будет не опасно для человека, так как сопротивление контура заземления R_заз много меньше сопротивления человека R _чел и ток будет стекать в заземлитель по пути наименьшего сопротивления (рис. 2.4).

Таким образом, для обеспечения безопасности при выполнении лабораторных работ студенты обязаны руководствоваться следующими правилами.

 

Рис. 2.4

 

2. 1.4. Правила монтажа электрических цепей:

 

      Монтаж электрической цепи студент, как правило, производит самостоятельнопо принципиальной схеме, приведенной в методических указаниях.

1. Монтаж электрической схемы начинают от отключенного от сети источника тока. источник тока подключают в последнюю очередь, только после проверки монтажной схемы преподавателем.

2. Схему монтируют с помощью специальных соединительных проводов, которые должны иметьнеповрежденную изоляцию.

3. Все потенциометры в приборах предварительно устанавливают на нуль подаваемого в контур напряжения.

4. Разборку схемы начинают с отключения источника тока.

 

2.1.5. Правила безопасности:

1. не подключать приборы к блоку питания или сети без разрешения преподавателя.

2. Не производить переключение проводов в схеме, находящейся под напряжением.

3. Не прикасаться к неизолированным частям схемы. Не пользоваться разбитыми штепсельными разъемами и розетками.

4. Обязательно заземлять металлические корпуса приборов (звуковые генераторы, блоки питания, осциллографы, медицинские приборы).

5. При обнаружении нагревания отдельных частей электрической схемы и, тем более, при появлении запаха гари ток немедленно отключить и поставить в известность преподавателя.

6. Уметь оказать первую помощь при электротравмах.

 

Часть II

     В этой части методического руководства надлежит ознакомиться с назначением, принципом действия и правилами расчета плавких вставок предохранителей, защитным заземлением, обеспечивающим безопасность персонала, ролью защитного сопротивления, а также с правилами расширения пределов измерений вольтметров и амперметров.

 

Предохранители

     Предохранители служат для защиты электрических приборов, радиоаппаратуры и бытовой техники от токовых перегрузок или скачков напряжения в электрической сети.

     Токовые перегрузки могут возникать при коротких замыканиях внутри самого устройства, когда возникает металлический контакт между оголенными проводами, находящихся под напряжением или, как правило, при электрическом пробое конденсаторов, включенных в сглаживающий фильтр устройства, в результате скачкообразного увеличения напряжения.

     Скачки (броски) напряжения в питающей сети происходят из-за различных отклонений от нормы при передаче энергии от питающей подстанции к потребителю.

Рис. 2.5 Включение предохранителя в защищаемую цепь

 

     Для предотвращения перегорания основных узлов на входе приборов, в разрыв питающих проводов, последовательно включают предохранитель Пр (рис. 2.5). Предохранитель предоставляет из себя изоляционный корпус (стекло, фарфор), внутрь которого встроена плавкая вставка (проволочка), имеющая металлический контакт с колпачками предохранителя (рис. 2.6). На колпачках предохранителя указывается величина тока, на который рассчитана плавкая вставка (например, 2А).

     При увеличении тока выше номинального плавкая вставка в предохранителе сгорает и происходит разрыв цепи, т.е. прибор автоматически отключается от сети.

В зависимости от нужд потребителя промышленность выпускает много разновидностей предохранителей, плавкие вставки которых рассчитаны на протекание токов от долей ампера до десятков и даже сотен ампер. Плавкие вставки предохранителей в нормальном рабочем режиме должны пропускать номинальные токи, потребляемые электротехническими устройствами. В техническом паспорте каждого устройства указывается потребляемая им мощность, номинальный ток и ток плавкой вставки предохранителя, как правило, эти данные наносятся на корпуса электроприборов.

Рис. 2.6. предохранитель со стеклянным корпусом

 

1 - корпус предохранителя; 2 - контактные колпачки; 3 - плавкая вставка; 4 - номинальный ток вставки.

     Если же ток плавкой вставки предохранителя не указан в паспорте прибора, а стандартный предохранитель утрачен или уже использован, тогда расчет плавкой вставки производится с учетом допустимых пределов изменения напряжения питающей сети.

В РФ, согласно ГОСТ, этот допуск расположен в диапазоне 220В ±10%, т.е. напряжение сети может изменяться от 200В до 240В. Повышение напряжения питающей сети более 240В будет уже опасно для прибора, т.к. через прибор потечет ток, превышающий номинальный и, в этом случае, должна расплавится плавкая вставка предохранителя и разорвать цепь питания прибора.

     Таким образом, при нормальном режиме работы предохранитель может длительно находится под напряжением (220 +10%) В, а, в случае превышения этого предела, плавкая вставка сгорает, защищая прибор.

 

Пример выбора плавкой вставки

     Допустим, что нам нужно подобрать предохранитель, который защищал бы прибор от скачков напряжения и токов короткого замыкания. Прибор имеет следующие параметры:

     Номинальное напряжение - U_ном.=220 В;

Потребляемая мощность - Р=750 Вт=0,75кВт.

     Предварительно определяют величину расчетного тока

, [А], где Р - потребляемая мощность, кВт.

Так как подключаемый прибор имеет малую мощность, то кратность пускового тока (в момент включения прибора) принимают £ 2,5. Тогда ток плавкой вставки

I _{пл. вст.} ³ I.

Для данного примера = =3,409»3,4 А.

     При этом необходимо учесть, что по ГОСТу напряжение в сети может колебаться в пределах ±10% от номинального напряжения, согласно этому положению, аварийный ток плавкой вставки (ток, при котором вставка сгорит) принимают равным 1,2 I_ном. Для нашего примера это ток величиной

I _{пл. вст} = 3,4×1,2= 4,08А.

Наша электротехническая промышленность выпускает стандартные предохранители следующих номиналов 0,25А, 0,5А, 1А, 2А, 3А, 4А, 5А, 10А, 25А и т.д.     (Эти данные приводятся в любом электротехническом справочнике). Так как стандартных предохранителей на такие номиналы нет, выбираем для нашего примера ток плавкой вставки

I _{пл. вст} =4 А.

Определив ток плавкой вставки, можно рассчитать сечение медного проводника плавкой вставки, зная, что допустимая плотность тока для медных проводников j=32А/мм².

 

Защитное сопротивление

     Все медицинские приборы, а также приборы, используемые в научных целях, предназначенные для исследования воздействия на организм человека переменного, импульсного или постоянного электрического тока содержат защитное сопротивление. Это приборы для проведения физиотерапевтических процедур электрофореза, гальванизации, стимуляции мышечной деятельности, импедансплетизмографии и т.п.

Защитное сопротивление R_защ включается в цепь последовательно с электродами R_эл (рис. 2.7), прикрепляемыми непосредственно к телу человека Z _чел и предназначено для ограничения тока, протекающего через организм, до безопасной величины, не превышающей 10^-3 А. Сопротивление R_эл состоит из сопротивления металлических электродов - R _мет и сопротивления прокладок, смоченных физраствором - R _пр, т.е. R_эл= R _мет + R _пр

Рис. 2.7. Пример включения защитного сопротивления

                  

Рассмотрим конкретный пример применения защитного сопротивления.

Согласно закону Ома ток в этой цепочке (рис. 2.7) равен:

I = U / R _общ.

Полное сопротивление цепи из последовательно соединенных элементов

R_общ= R_защ+Z_чел+2 R _эл

Но, так как сопротивление электродов R _эл пренебрежимо мало,по сравнению с остальными элементами цепи, то его величину можно не учитывать.

Напряжение U = U_защ + U_чел есть сумма падений напряжения на соответствующих элементах цепи: U_защ = I R_защ; U_чел = I Z _чел.

Тогда:

.

     Допустим U = 10 вольт, Z_чел = 1,5кОм = 1,5 × 10³ Ом. Без защитного сопротивления ток через организм человека составит:

=6,6×10^-3А,

т.е. превысит величину безопасного тока в 6,6 раз.

Рассчитаем величину защитного сопротивления R_защ, которое должно ограничить ток I в этой цепи до безопасной величины I_б=10 ^-3 А:

I_б = , преобразуя, получим:

R_защ = .

Подставив численные значения, получим:

R_защ = 8,5 кОм.

    

Измерение тока

     Прибор, предназначенный для измерения величины потребляемого тока, называетсяамперметром. Для измерения тока, протекающего через какой либо элемент электрической цепи, амперметр включается последовательно.

Так как амперметр обладает некоторым сопротивлением R_а, то для того, чтобы амперметр не вносил погрешностей в измеряемую величину, его сопротивление делают очень малым. Поэтому никогда не пытайтесь измерить силу тока в сети, подключив амперметр к розетке. При малом сопротивлении амперметра ток достигнет такой величины, что обмотка катушки сгорит. Произойдет так называемое - короткое замыкание (кз).

Измерение напряжения

Для измерения напряжения на участке цепи с сопротивлением к нему параллельно подключают вольтметр. Так как сопротивление вольтметра очень велико, поэтому он не вносит заметных искажений в измерения напряжения. Вольтметром можно измерить напряжение в сети, подключив его к розетке, без риска, что он сгорит. Нужно только быть уверенным, что он рассчитан на напряжение такой величины.

 

Защитное заземление

     Назначение защитного заземления - обеспечить безопасность персонала обслуживающего электроустановки.

В результате нарушения изоляции проводов или по ряду других причин между корпусом прибора и землей может возникнуть разность потенциалов по величине равная напряжению питания прибора. При прикосновении к корпусу прибора человек попадает под напряжение, называемое напряжением прикосновения (разность потенциалов между точкой прикосновения и землей). Для исключения этого явления металлические корпуса всех приборов подлежат обязательному заземлению, для чего корпус прибора соединяют специальным проводником с заземляющей шиной (рис.2.10).

     Поскольку земля обладает бесконечно большой, по нашим масштабам, емкостью, то практически, земля может принять сколь угодно большой заряд. При этом ее потенциал останется равным нулю.

Заземляющий контур рассчитывается при строительстве и электрификации любого потребителя электроэнергии, так как в каждом конкретном случае учитывается структура грунта, влажность, глубина залегания подземных вод, климатические условия и т.д.

Замеры сопротивления заземлителя проводятся дважды в год, в самую жаркую пору и зимнюю стужу. Величина сопротивления заземлителя для низковольтных сетей (сети напряжением до 1000 В) не должна превышать 4Ом, для высоковольтных сетей (напряжением свыше 1000 В) эта величина равна 0,4Ома.

 

Рис. 2.10. Заземление корпуса прибора

 

В свою очередь определенные требования предъявляются и к заземляющим шинам. заземляющая шина должна обладать достаточной механической прочностью, исключающей ее случайный обрыв и термоустойчивостью, для пропускания токов короткого замыкания, но в любом случае, исходя из условий механической прочности, ее сечение не должно быть менее 16мм ².

Поскольку сопротивление контура заземления мало, то потенциал заземленного корпуса прибора всегда будет равен нулю, так любой по величине заряд, возникший на корпусе прибора, будет стекать по заземлителю, тем самым, предотвращая возможность поражения персонала электрическим током.

 

Метод отрыва капель

Теоретическое обоснование метода: образование капель жидкости при её вытекании из малых отверстий является результатом взаимодействия силы поверхностного натяжения и силы тяжести.

Если из вертикально установленной трубки с узким (капиллярным) отверстием медленно вытекает жидкость, то на конце трубки образуется постепенно нарастающая по величине капля. Увеличиваясь в размере, эта капля отрывается, когда её вес становится равным сопротивлению разрыва поверхностной пленки, поддерживающей каплю.

Перед отрывом капли у конца трубки образуется перетяжка l, по которой и происходит отрыв капли (рис. 3.7).

Рис. 3.7

Длина контура, по которому происходит отрыв капли, равна длине окружности перетяжки:

l = 2· p × r,                                                  (3.2)

 где r - радиус перетяжки, примерно равный радиусу капилляра.

Так как коэффициент поверхностного натяжения выражает силу, необходимую для разрыва пленки и рассчитанную на единицу длины контура разрыва D l, то сила поверхностного натяжения по всему контуру будет равна:

F = a × l.

Если вместо l подставить его значение из равенства (3.2), получим:

                 F = 2 × p × a × r                                                (3.3)

Перед отрывом капли сила натяжения F  уравновесит вес капли Р, тогда:

                 F =Р = 2×p×a× r                                           (3.4)

Если в этом уравнении известны величины F и r, то a находится из выражения:

a =   [ Н м^-1]                                         (3.5)

Вес одной капли Р может быть определен взвешиванием на аналитич