Kako napisati opis znanstvenega eksperimenta. Namen ankete in značilnosti njenega izvajanja

Trkanje na nebeška vrata [Znanstveni pogled na vesolje] Randall Lisa

KAJ JE NAMEN MERITEV?

Meritve morda niso popolne. Pri znanstvenem raziskovanju – tako kot pri vsakem odločanju – moramo sami določiti sprejemljivo stopnjo negotovosti. Le v tem primeru lahko gremo naprej. Na primer, če jemljete zdravilo in upate, da bo olajšalo hud glavobol, potem morate vedeti le, da zdravilo povprečnemu človeku pomaga v 75 % časa. Po drugi strani pa, če sprememba prehranjevalnih navad le malo zmanjša vaše že tako nizke možnosti za razvoj srčno-žilnih bolezni (na primer s 5 na 4,9 %), to morda ne bo dovolj, da bi vas prepričalo, da se odpoveste svojim najljubšim tortam.

V politiki je točka odločitve še manj gotova. Javnosti na splošno ni jasno, koliko raziskav je treba narediti, preden se spremenijo zakoni ali uvedejo omejitve. Potrebni izračuni so tukaj zapleteni zaradi številnih dejavnikov. Kot smo razpravljali v prejšnjem poglavju, je zaradi dvoumnosti ciljev in metod zelo težko, včasih celo nemogoče, izvesti kakršno koli zanesljivo analizo stroškov in koristi.

Kolumnist The New York Times Nicholas Kristof, ki zagovarja previdnost pri ravnanju s potencialno nevarnimi kemikalijami, kot je bisfenol-A (BPA) v hrani ali živilski embalaži, je zapisal: »Raziskave BPA že desetletja oglašajo alarm, podatki pa so še vedno zapleteni in dvoumni. Takšno je življenje: v resničnem svetu je treba zakonodajne ukrepe običajno sprejeti na podlagi dvoumnih in kontroverznih podatkov.«

Nič od tega ne pomeni, da pri določanju politike ne bi smeli kvantificirati stroškov in koristi. Jasno pa je, da moramo biti jasni, kaj vsaka ocena pomeni, koliko se lahko razlikuje glede na začetne predpostavke ali cilje in kaj je bilo in kaj ni bilo upoštevano pri izračunih. Analiza stroškov in koristi je lahko koristna, lahko pa tudi zagotovi lažen občutek gotovosti, zanesljivosti in varnosti, kar pogosto vodi do nepremišljenih odločitev.

Na našo srečo fiziki postavljajo enostavnejša vprašanja od tistih, s katerimi se soočajo oblikovalci javnih politik. Ko imate opravka s čistim znanjem, za katerega v bližnji prihodnosti ni pričakovati uporabe v praksi, razmišljate o nečem povsem drugem. Tudi meritve v svetu osnovnih delcev so vsaj v teoriji precej preprostejše. Vsi elektroni so v naravi enaki. Pri meritvah je treba misliti na statistične in sistemske napake, na heterogenost populacije pa lahko mirno pozabite. Obnašanje enega elektrona nam daje zanesljive informacije o obnašanju vseh elektronov. Kljub temu sta koncepta statistične in sistemske napake uporabna tudi tukaj.

Vendar se je tudi v »preprostih« fizičnih sistemih treba vnaprej odločiti, kakšno natančnost potrebujemo, saj idealnih meritev ni. V praksi se vprašanje spušča v to, kolikokrat mora eksperimentator ponoviti meritev in kako natančno mora uporabiti merilno napravo. Odločitev je njegova. Sprejemljivo stopnjo negotovosti določajo postavljena vprašanja. Različni nameni zahtevajo različne stopnje natančnosti in točnosti.

Na primer, atomske ure merijo čas z natančnostjo enega dela na deset trilijonov, vendar malo ljudi potrebuje tako natančno predstavitev časa. Izjema so poskusi za preverjanje Einsteinove teorije gravitacije: v njih ne more biti pretirane natančnosti in točnosti. Vsi dosedanji testi kažejo, da ta teorija deluje, vendar se meritve nenehno izboljšujejo. Z večjo natančnostjo se lahko pojavijo prej nevidna odstopanja, ki predstavljajo nove fizične učinke, ki jih med prejšnjimi, manj natančnimi poskusi ni bilo mogoče opaziti. Če se to zgodi, nam bodo opažena odstopanja omogočila pogled v področje novih fizikalnih pojavov. Če ne, boste morali sklepati, da je Einsteinova teorija še natančnejša od dosedanjih. Vedeli bomo, da ga je mogoče samozavestno uporabiti v širšem razponu energij in razdalj ter z večjo natančnostjo.

Če moramo »samo« dostaviti človeka na Luno, potem seveda ne moremo brez poznavanja fizikalnih zakonov, ki so zadostna, da ne zgrešimo, vendar ni treba vpletati splošne teorije relativnosti, še bolj pa ni treba upoštevati še več manjših potencialnih učinkov, ki predstavljajo možna odstopanja od njega.

Iz knjige Najnovejša knjiga dejstev. Volume 3 [Fizika, kemija in tehnologija. Zgodovina in arheologija. Razno] avtor Kondrašov Anatolij Pavlovič

Iz knjige Gibanje. Toplota avtor Kitaygorodsky Alexander Isaakovič

Iz knjige Trkanje na nebesna vrata [Znanstveni pogled na zgradbo vesolja] avtorja Randall Lisa

Iz knjige The King's New Mind [O računalnikih, mišljenju in zakonih fizike] avtorja Penrose Roger

Iz avtorjeve knjige

Iz avtorjeve knjige

Iz avtorjeve knjige

Iz avtorjeve knjige

Iz avtorjeve knjige

Iz avtorjeve knjige

Iz avtorjeve knjige

Iz avtorjeve knjige

Iz avtorjeve knjige

Merjenje g v obveščevalni službi Ne gre za vojaško obveščevalno službo. Tam je poznavanje gravitacijskega pospeška neuporabno. Govorimo o geološkem raziskovanju, katerega cilj je najti nahajališča mineralov pod zemljo, brez kopanja lukenj, brez kopanja rudnikov Obstaja več metod za zelo natančno

Iz avtorjeve knjige

MERITVE IN TANK Verjetnostna narava kvantne mehanike ne pomeni, da v bistvu ne vemo ničesar. Poleg tega je pogosto ravno nasprotno. Vemo kar veliko. Na primer, magnetni moment elektrona je njegova integralna značilnost,

Iz avtorjeve knjige

DODATNE DIMENZIJE Niti supersimetrija niti tehnika ne dajeta idealne rešitve problema hierarhije. Supersimetrične teorije nam ne ponujajo eksperimentalno konsistentnih mehanizmov za lomljenje supersimetrije, temveč za ustvarjanje na osnovi tehnobarvne sile.

Znanstveni napredek je v 99 % posledica človeške radovednosti in v 1 % naključja. Izkušnje in eksperiment sta glavni metodi raziskovanja, s pomočjo katerih znanstveniki najdejo odgovore na najtežja vprašanja. In čeprav so v literaturi ti koncepti identificirani, bomo poskušali ugotoviti, ali obstaja razlika med njimi in kako pomembna je.

Opredelitev

Izkušnje- glavna raziskovalna metoda, znanstveni proces, namensko dejanje, katerega uspešno izvajanje potrdi ali ovrže hipotezo. Za izvajanje nalog se lahko uporablja posebna oprema, vendar je eksperimentalni prostor vedno omejen.

Eksperimentirajte– raziskovalna metoda, ki se izvaja pod nadzorovanimi pogoji za potrditev hipoteze. Eksperimentator aktivno sodeluje s predmetom in ga usmerja, kar razlikuje ta proces od opazovanja.

Primerjava

Tako so razlike med tema kategorijama res majhne. Poskus se izvede prvič, namenjen je potrditvi hipoteze, poskus pa se izvede z vnaprej določenim rezultatom. Oba procesa potekata pod nadzorovanimi pogoji, z aktivno interakcijo z objektom študija.

Poskus zasleduje določen cilj, ki je za znanstvenika glavni. To je način testiranja idej, ki potrjuje hipotezo, ki se je že pojavila v mislih raziskovalca. Eksperiment je mogoče izvesti brez posebnega cilja, vendar spontano, pred znanstvenikom pa je »razcep« možnih izidov.

Vendar razlika, ki smo jo navedli, ni bistvena in te kategorije se lahko uporabljajo kot sinonimi. Navsezadnje je njihov glavni cilj aktivno sodelovanje v procesu, ne preprosto opazovanje, temveč interakcija s predmetom, njegovo usmerjanje v določeno smer.

Spletna stran Sklepi

  1. Naknadno zaporedje. Eksperiment je namenjen potrditvi hipoteze, izkušnja pa utrditvi v praksi.
  2. Pluralnost. Posamezna študija se običajno imenuje eksperiment, večkratna študija pa eksperiment.
  3. Cilji. Pri izvajanju eksperimenta ima znanstvenik že določen cilj; eksperiment lahko izvede spontano, naključno.

Vsakič, ko izvajate znanstveni poskus, bi morali napisati laboratorijsko poročilo, v katerem bi opisali cilje študije, pričakovane rezultate, zaporedje dejanj in dobljene rezultate ter njihovo razlago. Laboratorijska poročila so pogosto pripravljena v standardni obliki – najprej povzetek in uvod, sledi seznam uporabljenih materialov in eksperimentalnih tehnik, opis in razprava o dobljenih rezultatih ter na koncu zaključki. Ta oblika omogoča bralcu, da najde odgovore na osnovna vprašanja: kaj je bil namen eksperimenta, kakšne rezultate je eksperimentator pričakoval, kako je eksperiment potekal, kaj se je med eksperimentom dogajalo in kaj kažejo rezultati. Ta članek opisuje standardno obliko laboratorijskega poročila.

Koraki

1. del

Povzetek in uvod

    Začnite z opombo. Je zelo kratek povzetek vsebine poročila in običajno ne vsebuje več kot 200 besed. Povzetek bo pomagal bralcu, da se hitro seznani z rezultati poskusa in njihovim pomenom. Povzetek mora imeti enako strukturo kot samo poročilo. Bralcu bo omogočilo, da se hitro seznani z namenom, pridobljenimi rezultati in pomenom poskusa.

    • Namen izvlečka je bralcu ponuditi povzetek eksperimenta, na podlagi katerega lahko presodi, ali je celotno poročilo vredno branja. Povzetek bo bralcu omogočil, da ugotovi, ali mu je ta študija zanimiva.
    • V enem stavku opišite namen študije in njen pomen. Nato zelo na kratko naštejte uporabljene materiale in metode. Predstavitvi rezultatov poskusa namenite 1-2 stavka. Po opombi lahko navedete seznam ključnih besed, ki se pogosto uporabljajo v poročilu.
  1. Napišite uvod. Začnite s kratkim pregledom ustrezne literature in poskusov. Nato povzemite teoretične osnove in trenutno stanje na tem področju. Nato navedite problem in vprašanja, ki jih obravnava vaša raziskava. Na kratko opišite svoje delo in na katere probleme in vprašanja naslavljate. Na koncu na kratko razložite poskus, ki ste ga izvedli, vendar se ne spuščajte v podrobnosti, ki bodo predstavljene kasneje pri opisu uporabljenih materialov in metod ter pri analizi dobljenih rezultatov.

  2. Odločite se, kakšni naj bodo pričakovani rezultati. Kompetentna in jasna razlaga pričakovanih rezultatov se imenuje hipoteza. Hipotezo je treba podati v zadnjem delu uvoda.

    • Znanstvenoraziskovalna hipoteza naj bo kratka izjava, ki predstavi problem, opisan v uvodu, kot tezo, ki jo je mogoče preveriti.
    • Znanstveniki potrebujejo hipoteze, da lahko pravilno načrtujejo in izvajajo poskuse.
    • Hipoteza ni nikoli dokazana, ampak samo "testirana" ali "podprta" z eksperimentom.
  3. Pravilno oblikujte svojo hipotezo. Začeti morate s splošno izjavo o pričakovanih rezultatih in od tam oblikovati izjavo, ki jo je mogoče preizkusiti. Nato razširite in izpopolnite idejo. Nazadnje podrobneje razložite svojo idejo in poskrbite, da bo vaša hipoteza preverljiva.

    • Na primer, lahko začnete z izjavo: "Gnojila vplivajo na to, kako visoko zraste rastlina." To idejo je mogoče oblikovati v obliki jasne hipoteze: "Če so rastline oplojene, rastejo hitreje in višje." Da bi to hipotezo preizkusili, lahko dodamo eksperimentalne podrobnosti: "Tiste rastline, ki so pognojene z raztopino, ki vsebuje 1 mililiter gnojila, rastejo hitreje kot podobne rastline brez gnojila, ker prejmejo več hranil."

    2. del

    Eksperimentalni postopek
    1. Razlagi poskusa namenite poseben razdelek. Ta razdelek se pogosto imenuje "Materiali in metode" ali "Poskusni postopek". Njegov namen je bralcu natančno povedati, kako ste izvedli svoj poskus. Opišite vse uporabljene materiale in posebne metode, ki ste jih uporabili pri svojem delu.

      • Ta razdelek mora vsebovati jasne in popolne informacije o poskusnem postopku, tako da lahko drugi po potrebi ponovijo vaš poskus.
      • Ta razdelek je izjemno pomemben dokument vaših analiznih metod.
    2. Opišite vse materiale, potrebne za izvedbo poskusa. To je lahko preprost seznam ali več odstavkov besedila. Opišite eksperimentalno opremo, uporabljeno pri delu, njeno vrsto in znamko. Pogosto je koristno zagotoviti diagram določene namestitve. Med drugim pojasnite, katere materiale ali predmete ste uporabili kot raziskovalno gradivo.

      • Na primer, če preizkušate učinke gnojila na rast rastlin, morate vključiti znamko uporabljenega gnojila, vrsto proučevanih rastlin in znamko semena.
      • Ne pozabite navesti števila vseh predmetov, uporabljenih v poskusu.
    3. Podrobno opišite eksperimentalni postopek. Zaporedoma in podrobno razložite vse faze poskusa. Korak za korakom natančno opišite, kako ste izvedli poskus. Vključite opis vseh opravljenih meritev ter kako in kdaj so bile opravljene. Če ste sprejeli ukrepe za povečanje natančnosti in zanesljivosti poskusa, jih opišite. Na primer, to so lahko dodatna sredstva nadzora, omejitve ali previdnostni ukrepi.

      • Ne pozabite, da morajo vsi poskusi vključevati določene parametre in spremenljivke. Opišite jih v tem razdelku.
      • Če ste uporabili eksperimentalno metodo, ki je že opisana v literaturi, ne pozabite navesti povezave do izvirnega vira.
      • Ne pozabite, da je namen tega razdelka bralcu dati popolne in točne informacije o tem, kako ste izvedli poskus. Ne izpustite podrobnosti.

    3. del

    Rezultati
    1. Predstavitvi rezultatov namenite ločen razdelek. To je glavni del vašega poročila. Ta razdelek mora opisati rezultate, pridobljene s kvalitativnimi in kvantitativnimi metodami analize. Če navajate grafe, diagrame ali druge slike, jih obvezno opišite v besedilu. Vse risbe morajo imeti svojo številko in signaturo. Če ste izvajali statistične študije, navedite njihove rezultate.

      • Če na primer preizkušate učinek gnojil na rast rastlin, bi bilo priporočljivo zagotoviti graf, ki primerja povprečne stopnje rasti rastlin z in brez gnojila.
      • V besedilu opišite tudi rezultate, na primer: »Rastline, ki so bile zalite z raztopino, ki je vsebovala 1 mililiter gnojila, so v povprečju zrasle za 4 centimetre višje od tistih, ki niso bile gnojene.«
      • Dosledno opišite svoje rezultate. Povejte bralcu, zakaj je določen rezultat pomemben za rešitev danega problema. Tako bo lahko brez posebnega truda sledil vaši logiki predstavitve.
      • Primerjajte svoje rezultate s prvotno hipotezo. Napišite, ali je poskus potrdil vašo hipotezo ali ne.
      • Kvantitativni podatki so izraženi v številčni obliki, kot so odstotki ali statistika. Kvalitativni podatki odgovarjajo na širša vprašanja in so izraženi kot presoja avtorjev študije.

Laboratorijsko delo št. 6

ŠTUDIJ ENOFAZNEGA NAPETOSTNEGA TRANSFORMATORJA

Namen dela. Seznanitev z načelom delovanja, značilnostmi in metodami študija enofaznih transformatorjev.

domača naloga

    Pojasnite namen transformatorja.

    Pojasnite zasnovo in princip delovanja enofaznega transformatorja.

    Kako in za kakšen namen se izvaja preskus transformatorja v prostem teku?

    Kako in za kakšen namen se izvaja poskus kratkega stika transformatorja?

    Zapišite votel sistem transformatorskih enačb.

    Podajte koncept električnega ekvivalentnega vezja transformatorja; kateri fizični procesi, povezani s pretvorbo električne energije v druge vrste, upoštevajo njegove elemente?

Kratke teoretične informacije

Transformator je statična elektromagnetna naprava, namenjena pretvarjanju izmeničnega toka ene napetosti v izmenični tok druge napetosti iste frekvence. Transformator je sestavljen iz jeklenega jedra, sestavljenega iz tankih plošč električnega jekla, izoliranih med seboj, da se zmanjšajo izgube moči zaradi histereze in vrtinčnih tokov.

Na jedru enofaznega transformatorja (slika 1) sta v najpreprostejšem primeru dve navitji iz izolirane žice, ki vsebujeta različno število ovojev: primarno navitje vsebuje ovoje, sekundarno navitje pa vsebuje
obrne.

Napajalna napetost se napaja na primarno navitje . Napetost se odstrani iz njegovega sekundarnega navitja
, ki se dobavlja porabniku električne energije.

Razmerje napetosti
napetost sekundarnega navitja v napetost
Primarno navitje se imenuje napetostno transformacijsko razmerje:

.

Trenutno razmerje sekundarno navitje na tok primarno navitje se imenuje razmerje transformacije toka

.

Koeficient prenosa je recipročna vrednost transformacijskega razmerja, kar pomeni, da je koeficient prenosa napetosti enak
, in koeficient prenosa toka
.

V mnogih primerih transformator nima enega, ampak dva ali več sekundarnih navitij, od katerih je vsak povezan s svojim porabnikom električne energije. Izmenični tok, ki poteka skozi zavoje primarnega navitja transformatorja, vzbuja izmenični magnetni tok v jedru magnetnega vezja
. Sčasoma se spreminja po sinusnem zakonu
, ta tok prodre skozi zavoje primarnega in sekundarnega navitja transformatorja. V tem primeru se bo v skladu z zakonom elektromagnetne indukcije v navitjih induciral EMF, trenutne vrednosti se bodo spremenile po sinusnem zakonu:

,

kje
in
- vrednosti amplitude EMF v primarnem in sekundarnem navitju.

Učinkovite vrednosti EMF, inducirane v primarnih in sekundarnih navitjih transformatorja, so določene s formulami:

,

Napetost, ki se dovaja transformatorju v načinu brez obremenitve, v skladu z drugim Kirchhoffovim zakonom za primarno navitje, je lahko predstavljena kot vsota:

kje =
- tok prostega teka transformatorja,
- kompleksna upornost primarnega navitja, - njegov aktivni upor;
- njegova induktivna reaktanca zaradi tokov uhajanja
.

Tok v sekundarnem navitju obremenjenega transformatorja po Ohmovem zakonu je določen z izrazom

V načinu obremenitve transformatorja lahko ločimo tri magnetne tokove (slika 1): glavni tok , povezan z zavoji primarnega in sekundarnega navitja, tok
puščanje primarnega navitja in pretok
puščanje sekundarnega navitja. EMF, ki ga v navitjih povzročajo tokovi
in
sipanje se običajno upošteva z uporabo induktivnih reaktanc
in
razpršenost primarnega in sekundarnega navitja. Tokovi
in
disipacija navitja je sorazmerna z ustreznimi tokovi v navitjih in sovpada z njimi v fazi. Ti uhajajoči tokovi inducirajo EMF v navitjih
in
, ki zaostajajo v fazi z magnetnimi tokovi in ​​s tem tokovi in do kota.

EMF iz magnetnih tokov uhajanja je uravnotežen s komponentami napetosti:

in
,

kje
in
– kompleksna odpornost proti puščanju navitij;
in
– induktivnost uhajanja primarnega in sekundarnega navitja;
,
– povezava uhajanja primarnega in sekundarnega navitja;
– kotna frekvenca izmeničnega toka. Napetostne komponente
in
pred tokovi in do kota.

V skladu z drugim Kirchhoffovim zakonom je mogoče zapisati enačbe električnega stanja za primarna in sekundarna navitja obremenjenega transformatorja

,

,

kje - tok primarnega navitja obremenjenega transformatorja;

- kompleksna impedanca sekundarnega navitja;

– aktivni upor sekundarnega navitja;

– induktivna reaktanca sekundarnega navitja zaradi tokov uhajanja
.

Napetost pade
in
v navitjih transformatorja običajno ne presega 4-10% napetosti in
, zato lahko domnevamo, da v obremenitvenem načinu transformatorja enakosti ostanejo
in
. Če je napetost na primarnem navitju
, potem bo amplituda magnetnega pretoka konstantna v območju od prostega teka do nazivne obremenitve transformatorja, tj.

V načinu obremenitve je izpolnjena ravnotežna enačba magnetnih sil navitij transformatorja:

.

Primerno je preučiti delovanje transformatorja pod obremenitvijo na podlagi vektorskih diagramov, izdelanih za reducirani transformator, ki nadomešča pravi transformator, v katerem so parametri sekundarnega navitja zmanjšani na število obratov primarnega navitja. V skladu s tem mora imeti dani transformator transformacijsko razmerje enako enoti
.



V procesu določanja parametrov sekundarnega navitja zgornjega transformatorja vsi parametri primarnega navitja ostanejo nespremenjeni. Pri zamenjavi pravega transformatorja z reduciranim transformatorjem morajo ostati delovna, jalova in navidezna moč ter faktor moči sekundarnega navitja transformatorja konstantni. Na podlagi tega imajo konstrukcijska razmerja za dani transformator obliko:

Skozi dane parametre transformatorja ima enačba električnega ravnovesja sekundarnega navitja obliko:

.

Iz enačbe magnetizirajočih sil navitij za reducirani transformator lahko zapišemo Enako kot za tuljavo z jeklenim jedrom EMF
, enako

,

kje
=
, lahko nadomestimo z vektorsko vsoto padcev aktivne in jalove induktivne napetosti
- aktivni upor zaradi izgub magnetne moči v magnetnem vezju transformatorja v stanju mirovanja;
- induktivna reaktanca zaradi glavnega magnetnega pretoka

transformator.

Z uporabo enačb danega transformatorja lahko sestavite ekvivalentno vezje za transformator (slika 2) in sestavite vektorski diagram. Vektorski diagram transformatorja za primer aktivno-induktivne obremenitve je prikazan na sl. 3.

riž. 2 sl. 3
. Sekundarno navitje transformatorja je odprto, ker v njegovem vezju ni obremenitve. Zaradi tega se izkaže, da je tok v sekundarnem navitju enak nič, medtem ko bo v tokokrogu primarnega navitja transformatorja tok brez obremenitve
, katerega vrednost je majhna in znaša 4-10% nazivnega toka v primarnem navitju. Pri tem toku lahko izgube v navitjih zanemarimo in predpostavimo, da so vse izgube v transformatorju magnetne izgube
v magnetnem krogu, ki nastane zaradi delovanja vrtinčnih tokov in histereze (obrat magnetizacije jekla).

Kvalitativne značilnosti delovanja transformatorja v načinu obremenitve so prikazane na sl. 4.

Poskus kratkega stika transformatorja se izvaja med postopkom raziskav transformatorja, da se določijo izgube električne energije v navitih žicah in parametri poenostavljenega ekvivalentnega vezja transformatorja. Ta poskus se izvede z zmanjšano napetostjo na primarnem navitju, tako da pri kratkem stiku sekundarnega navitja tok v sekundarnem navitju ustreza nazivni vrednosti
. Med poskusom kratkega stika je napetost, dovedena v primarno navitje, majhna in enaka. Iz tega sledi, da magnetni tok
in magnetna indukcija
tudi transformator bo majhen. Kot je znano, so magnetne izgube v magnetnem krogu sorazmerne s kvadratom magnetne indukcije, zato jih lahko pri poskusu kratkega stika transformatorja zanemarimo.

Delovna naloga

    Seznanite se z instrumenti, napravami in opremo odstranljive plošče (slika 5) laboratorijske mize, ki se uporablja za testiranje enofaznega transformatorja, in v tabelo 1 vnesite nazivne tehnične podatke preučevanega transformatorja.


Tabela 1

Nazivna moč, VA

Frekvenca, Hz

Nazivna napetost, V

Nazivni tok, A

Tabela 2

Način delovanja