Безопасность измерений
Безопасность измерений — это соблюдение правил, которые защищают человека, прибор и эксперимент от опасных ситуаций и ошибок. Перед началом работы нужно понимать устройство измерительного прибора, способ его подключения и порядок проведения измерений.
Что означает безопасное измерение
Измерение состоит не только в снятии показаний со шкалы. Необходимо выбрать подходящий прибор, проверить его исправность, установить правильный предел измерений, аккуратно провести опыт и записать результат вместе с единицей измерения. Безопасность включает физическую безопасность и достоверность результата.
Безопасность измерений — это совокупность правил, обеспечивающих защиту человека и оборудования, а также получение результата, который соответствует измеряемой величине с допустимой погрешностью.
Перед включением установки проверьте схему и положение органов управления; после окончания работы сначала отключите источник энергии, затем разберите установку. Нельзя менять соединения в работающей электрической цепи.
Единицу измерения записывают обязательно: \(l=12\ \text{см}\), а не просто «12». Для перехода между единицами используйте перевод единиц измерения. При вычислениях полезно заранее привести все значения к одной системе, чаще всего к СИ.
Подготовка к работе
До начала опыта прочитайте условие и определите, что требуется измерить. Если задача содержит несколько величин, выпишите их обозначения, единицы и предполагаемый диапазон значений. Это помогает выбрать прибор с подходящими пределом и ценой деления.
- Уберите с рабочего места лишние предметы, воду и незакреплённые провода.
- Проверьте, нет ли трещин на корпусе, стекле, линейке, колбе или соединительных проводах.
- Убедитесь, что стрелка прибора находится около нулевой отметки, если прибор имеет стрелочную шкалу.
- Проверьте, что выбранный предел измерений больше ожидаемого значения.
- Осмотрите схему и убедитесь, что все соединения выполнены по условию опыта.
- Подготовьте таблицу для записи результатов до начала измерений.
…повреждён корпус прибора, оголён провод, разбита колба, источник питания нагревается или схема непонятна. Не пытайтесь самостоятельно ремонтировать оборудование: сообщите учителю.
С электрическими цепями работают только сухими руками. Источник тока подключают в последнюю очередь. При работе с нагревателем используют держатель или щипцы и не направляют отверстие пробирки на себя или других людей.
Правила работы с приборами
Сначала определите назначение прибора и его шкалу. На шкале нужно найти нулевую отметку, единицу измерения, предел измерений и число делений. Цена деления вычисляется как разность значений соседних подписанных отметок, делённая на число промежутков между ними. Подробнее порядок чтения описан на странице снятие показаний прибора.
Здесь \(c\) — цена деления, \(x_1\) и \(x_2\) — значения двух соседних подписанных отметок, \(N\) — число промежутков между ними. Результат записывают с учётом точности прибора, не добавляя лишних цифр.
Если ожидаемое значение неизвестно, начинайте с наибольшего предела измерений. Затем, если это безопасно и разрешено конструкцией прибора, переходите на меньший предел: так показание обычно считывается точнее.
Измерительный прибор не должен испытывать нагрузку, превышающую его предел. Линейку прикладывают к телу без наклона, нулевую отметку совмещают с началом отсчёта. Секундомер запускают и останавливают одной и той же кнопкой, а при измерении температуры не касаются чувствительным элементом дна или стенок сосуда без необходимости.
В электрической цепи амперметр включают последовательно, а вольтметр — параллельно участку цепи. Перепутанное подключение может привести к неверным показаниям или повреждению прибора.
Формулы \(I=\frac{q}{t}\) и \(U=\frac{A}{q}\) показывают смысл измеряемых величин: силу тока находят по заряду, проходящему за время, а напряжение — по работе электрического поля на единицу заряда. При проверке результата можно применять анализ размерностей.
Как безопаснее всего подключить амперметр к простой электрической цепи?
Точность и повторные измерения
Любое измерение имеет погрешность: результат не может быть абсолютно точным. Причинами служат ограниченная цена деления, несовершенство прибора, особенности метода и случайные изменения условий. Поэтому не следует записывать больше значащих цифр, чем позволяет прибор.
Погрешность — это отклонение измеренного значения от истинного или принятого за истинное значения величины. В школьных опытах её часто оценивают по половине цены деления для аналоговой шкалы или по наименьшему разряду цифрового прибора, если иное не указано.
Для уменьшения случайной погрешности измерение повторяют несколько раз и находят среднее значение. Результаты удобно оформлять в таблице результатов измерений, а зависимость величин изображать на графике результатов измерений.
Если условия опыта изменились, это нужно отметить в записи. Нельзя молча отбрасывать неудобный результат: сначала проверьте, не была ли допущена ошибка в чтении шкалы или проведении опыта.
Разобранный пример: измерение длины линейкой
На линейке отрезок начинается у отметки \(2{,}0\ \text{см}\) и заканчивается у отметки \(8{,}6\ \text{см}\). Цена деления линейки — \(1\ \text{мм}\). Определите длину отрезка и приблизительную абсолютную погрешность.
В школьной записи иногда достаточно указать \(l\approx6{,}6\ \text{см}\), если требуется только значение. Важно не принять отметку начала за нулевую автоматически: если тело начинается у \(2{,}0\ \text{см}\), эту координату нужно вычесть.
Завершение опыта и оформление результата
- Остановите нагрев, движение или подачу электрического питания.
- Отключите источник тока и только после этого изменяйте соединения.
- Снимите показания, если это нужно сделать до разборки установки.
- Разберите схему, уберите приборы и верните их на место.
- Проверьте, что на рабочем месте не осталось включённых устройств или горячих предметов.
- Оформите результат: величина, числовое значение, единица, при необходимости погрешность и условия опыта.
Для вычислений используйте решение задач на измерения: выпишите условие задачи, переведите именованные числа в согласованные единицы, выберите формулу и оцените правдоподобие ответа. Если измерялись длина или время, полезно повторить правила на странице измерение длины и времени.
1. Записывают число без единицы. 2. Считывают шкалу под углом и получают параллакс. 3. Путают цену деления с пределом прибора. 4. Подключают амперметр параллельно. 5. Меняют схему при включённом источнике. 6. Указывают чрезмерное число цифр. 7. При измерении длины не учитывают начальную отметку. 8. Не записывают условия, при которых получен результат.
Самопроверка
Проверь себя
Главное
- Перед опытом изучите прибор, схему, предел измерений и правила безопасности.
- Не превышайте предел прибора; амперметр включайте последовательно, вольтметр — параллельно.
- Считывайте шкалу без параллакса, учитывайте цену деления и записывайте единицы.
- Повторяйте измерения, находите среднее значение и оценивайте погрешность.
- После опыта отключите источник энергии, разберите установку и оформите результат полностью.