Набор демонстрационный по газовым законам

Общие сведения

Набор предназначен для экспериментальной демонстрации основных закономерностей, изучаемых по теме «Молекулярная физика», знакомства учащихся с такими понятиями, как изопроцессы в идеальном газе, работа газа, циклический процесс, насыщенный пар.

Особенность: в рамках набора выполняется расчетное моделирование процесса сжатия и расширения газа с учетом влияния теплообмена.

Состав комплекта

Основное оборудование

• Установка «Изотерма» с встроенным датчиком объема газа (УИЗОТ): 1 штука (диапазон изменения объема от 30 до 120 мл)
• Установка «Изохора» с встроенным датчиком температуры (УИЗОХ): 1 штука (объем 250 мл)
• Установка «Изобара» с встроенными датчиками объема и температуры газа (УИЗОБ): 1 штука (диапазон изменения объема от 300 до 750 мл, объем резервуара изменяется, сохраняя постоянным давление во внутреннем объеме, температура газа контролируется встроенным датчиком)
• Цифровой датчик абсолютного давления (ЦДАД): 1 штука
• Зажим для трубок: 1 штука

Дополнительная комплектация

• Комплект трубок с переходником: 1 комплект
• Стержень для закрепления датчика в штативе
• Соединительный кабель USB: 2 штуки
• Программное обеспечение для демонстрационного эксперимента
• Программное обеспечение для расчетного моделирования
• Методическое пособие на русском языке

Цифровой датчик абсолютного давления (ЦДАД)

Количество: 1 штука

Диапазон измерений: от 0 до 200 кПа

Особенности:

• разъем USB (предназначен для подключения к компьютеру с помощью соединительного кабеля)
• отверстие с вмонтированной гайкой корпуса для вкручивания стержня и закрепления в штативе
• слой магнитной резины на одной из сторон для крепления на металлической поверхности

Программное обеспечение для демонстрационного эксперимента (ПОДЭ)

Количество сценариев для проведения демонстрационных экспериментов: 8

Сценарии охватывают: газовые законы, уравнение состояния идеального газа, свойства паров и влажности воздуха. Выполняются с использованием цифровых датчиков объема, температуры и абсолютного давления, с регистрацией сигнала на компьютере.

Возможности:

• позволяет обучать основным этапам проведения экспериментального исследования
• позволяет проводить с учениками совместные исследования
• каждый сценарий включает оптимальные настройки используемых датчиков для проведения эксперимента и для последующей обработки собранных данных

Этапы научного исследования:

• качественные закономерности (больше-меньше, растет-убывает-не зависит)
• количественные исследования с измерением величин, формированием таблицы наблюдений
• построение графика и сопоставление экспериментальных данных с графиками функций
• обработка данных методом линеаризации

Функции:

• удаление установленных маркеров
• одна или несколько таблиц для обработки данных (занесение экспериментальных данных в таблицу — как отдельных точек, так и всего выделенного интервала)
• заполненные столбцы с исходными данными, характеризующими детали поставляемых установок
• заполнение столбцов данными, перетаскиваемыми из окна регистрации
• таблица содержит разные типы ячеек (экспериментальные данные, константы, вычисляемые значения на основании данных из других ячеек)
• нанесение на график точек, связанных с определенной строкой таблицы
• увеличение изображения чисел и букв в ячейках
• экспорт таблицы во внешний файл и рассылка по локальной сети

Окно с графиком:

• нанесение точек на один или несколько графиков с оптимальным выбором масштаба
• аппроксимация зависимостей графиками аналитических функций из имеющегося набора
• подбор «наилучшего» графика выбранного типа функций методом наименьших квадратов
• совмещение графика подобранной функции с экспериментальной зависимостью
• вывод уравнения подобранной функции на компьютер

Дополнительно:

• вывод в отдельное окно изображения с видеокамеры, подключенной к компьютеру, для детального рассмотрения отдельных элементов установки

Поддерживаемые операционные системы: Windows, Linux (AltLinux, AstraLinux)

Программное обеспечение расчетного моделирования (ПОРМ)

Модель: расчетная модель «Сжатие и расширение газа»

Назначение: расчет процессов сжатия и расширения газа с учетом влияния теплообмена. Наглядно демонстрирует, что реальные процессы сжатия и расширения газа не являются изотермическими и адиабатными, и что изотермический и адиабатный процессы — предельные с точки зрения эффективности теплообмена процессы (идеально быстрый теплообмен и полная теплоизоляция).

Исходные параметры газа:

• количество молей газа в резервуаре
• количество атомов в молекуле
• исходная температура газа: 300 К

Задаваемые параметры установки:

• скорость движения поршня
• степень сжатия
• характеристики теплообмена газа с окружающей средой (коэффициент теплопроводности в относительных единицах), температура окружающей среды: 300 К

Особенности моделирования:

• компьютерное моделирование осуществляется с учетом теплообмена газа с окружающей средой, скорость которого пропорциональна возникающей разности температур
• предусмотрена возможность автоматической остановки поршня в момент окончания процесса сжатия

Результаты моделирования:

• график зависимости давления и температуры от времени
• график зависимости давления от объема
• на полях графиков работает маркер, позволяющий считывать значения параметров состояния газа в рассматриваемой точке
• раздельное управление выводом данных на экран и началом/окончанием движения поршня
• формирование таблицы результатов расчета (давление, температура, объем от времени), которая вставлена в электронную таблицу для дальнейшей работы с данными

Документация: электронное методическое руководство на русском языке, описывающее численные эксперименты, выполненные с помощью данной модели (5 экспериментов)

Поддерживаемые операционные системы: Windows, Linux (AltLinux, AstraLinux)

Методическое пособие на русском языке

Количество экспериментов на собираемых установках, описание которых содержит методическое пособие: 8

Производство

Произведено в России. Реестровая запись № 10683784