Как изучают атмосферу: описание, методы и способы исследования. Наука, изучающая атмосферу. Приборы для измерения качества окружающей среды Принципы модуляции волн
Каково действие магнитного поля на проводник с током?
Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле.
1. Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?
Надо подвесить проводник на гибких проводах, присоединенных к источнику тока.
При помещении этого проводника с током между полюсами постоянного дугообразного магнита он придет в движение.
Это доказывает, что магнитное поле действует на проводник с током.
2. От чего зависит направление движения проводника с током в магнитном поле?
Направление движения проводника с током в магнитном поле зависит от направления тока в проводнике и от расположения полюсов магнита.
3. При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле?
Прибор, на котором можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле, состоит из прямоугольной рамки, насаженнной на вертикальную ось.
На рамке уложена обмотка, состоящая из нескольких десятков витков проволоки, покрытой изоляцией.
Так как ток в цепи направлен от положительного полюса источника к отрицательному, в противоположных частях рамки ток имеет противоположное направление.
Поэтому и силы магнитного поля будут действовать на эти стороны рамки тоже в противоположные стороны.
В результате рамка начнет поворачиваться.
4. При помощи какого устройства в рамке меняют направление тока через каждые пол-оборота?
Рамка с обмоткой подключается в электрическую цепь через полукольца и щетки, позволяющее менять направление тока в обмотке каждые пол-оборота:
- один конец обмотки присоединен к одному металлическому полукольцу, другой - к другому;
- полукольца вращаются месте с рамкой;
- каждое полукольцо прижимается к металлической пластине-щетке и при вращении скользит по ней;
- одна щетка всегда соединена с положительным полюсом источника, а другая - с отрицательным;
- при повороте рамки полукольца повернутся вместе с ней и каждое прижмется уже к другой щетке;
- в результате ток в рамкё изменит направление на противоположное;
В такой конструкции рамка вращается все время в одном направлении.
5. Как устроен технический электродвигатель?
Вращение катушки с током в магнитном поле используется в устройстве электродвигателя.
В электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки.
Они укладывают в прорези на боковой поверхности железного цилиндра.
Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля.
Цилиндр с обмоткой называется якорем двигателя.
Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создается сильным электромагнитом.
Электромагнит и обмотка якоря питаются от одного источника тока.
Вал двигателя (ось железного цилиндра) передает вращение на полезную нагрузку.
Измеритель солнечного излучения (люксметр)
В помощь техническим и научным сотрудникам разработано немало измерительных приборов, призванных обеспечить точность, удобство и эффективность работы. Вместе с тем, для большинства людей названия этих приборов, а тем более принцип их работы, зачастую незнакомы. В этой статье мы в краткой форме раскроем предназначение самых распространенных измерительных приборов. Информацией и изображениями приборов с нами поделился сайт одного из поставщиков измерительных приборов .
Анализатор спектра - это измерительный прибор, который служит для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот.
Анемометр – прибор, предназначенный для измерения скорости, объема воздушного потока в помещении. Анемометр применяют для санитарно-гигиенического анализа территорий.
Балометр – измерительный прибор для прямого измерения объёмного расхода воздуха на крупных приточных и вытяжных вентиляционных решетках.
Вольтметр - это прибор, которым измеряют напряжение.
Газоанализатор - измерительный прибор для определения качественного и количественного состава смесей газов. Газоанализаторы бывают ручного действия или автоматические. Примеры газоанализаторов: течеискатель фреонов, течеискатель углеводородного топлива, анализатор сажевого числа, анализатор дымовых газов, кислородомер, водородомер.
Гигрометр – это измерительный прибор, который служит для измерения и контроля влажности воздуха.
Дальномер – прибор, измеряющий расстояние. Дальномер позволяет также вычислять площадь и объем объекта.
Дозиметр – прибор, предназначенный для обнаружения и измерения радиоактивных излучений.
Измеритель RLC – радиоизмерительный прибор, используемый для определения полной проводимости электрической цепи и параметров полного сопротивления. RLC в названии является абревиатурой схемных названий элементов, параметры которых могут измеряться этим прибором: R - Сопротивление, С - Ёмкость, L - Индуктивность.
Измеритель мощности – прибор, который используется для измерения мощности электромагнитных колебаний генераторов, усилителей, радиопередатчиков и других устройств, работающих в высокочастотном, СВЧ и оптическом диапазонах. Виды измерителей: измерители поглощаемой мощности и измерители проходящей мощности.
Измеритель нелинейных искажений – прибор, предназначенный для измерения коэффициента нелинейных искажений (коэффициента гармоник) сигналов в радиотехнических устройствах.
Калибратор – специальная эталонная мера, которую используют для поверки, калибровки или градуировки измерительных приборов.
Омметр, или измеритель сопротивления – это прибор, используемый для измерения сопротивления электрическому току в омах. Разновидности омметров в зависимости от чувствительности: мегаомметры, гигаомметры, тераомметры, миллиомметры, микроомметры.
Токовые клещи – инструмент, который предназначен для измерения величины протекающего тока в проводнике. Токовые клещи позволяют проводить измерения без разрыва электрической цепи и без нарушения ее работы.
Толщиномер - это прибор, при помощи которого можно с высокой точностью и без нарушения целостности покрытия, измерить его толщину на металлической поверхности (например, слоя краски или лака, слоя ржавчины, грунтовки, или любого другого неметаллического покрытия, нанесенного на металлическую поверхность).
Люксметр – это прибор для измерения степени освещенности в видимой области спектра. Измерители освещения представляют собой цифровые, высокочувствительные приборы, такие как люксметр, яркомер, пульсметр, УФ-радиометр.
Манометр – прибор, измеряющий давление жидкостей и газов. Виды манометров: общетехнические, коррозионностойкие, напоромеры, электроконтактные.
Мультиметр – это портативный вольтметр, который выполняет одновременно несколько функций. Мультиметр предназначен для измерения постоянного и переменного напряжения, силы тока, сопротивления, частоты, температуры, а также позволяет осуществлять прозвонку цепи и тестирование диодов.
Осциллограф – это измерительный прибор, позволяющий осуществлять наблюдение и запись, измерения амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала. Виды осциллографов: аналоговые и цифровые, портативные и настольные
Пирометр - это прибор для бесконтактного измерения температуры объекта. Принцип действия пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения в диапазоне инфракрасного излучения и видимого света. От оптического разрешения зависит точность измерения температуры на расстоянии.
Тахометр – это прибор, позволяющий измерять скорость вращения и количество оборотов вращающихся механизмов. Виды тахометров: контактные и бесконтактные.
Тепловизор – это устройство, предназначенное для наблюдения нагретых объектов по их собственному тепловому излучению. Тепловизор позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в электрические сигналы, которые затем в свою очередь после усиления и автоматической обработки преобразуются в видимое изображение объектов.
Термогигрометр – это измерительный прибор, выполняющий одновременно функции измерения температуры и влажности.
Трассодефектоискатель – это универсальный измерительный прибор, который позволяет на местности определять местоположение и направление кабельных линий и металлических трубопроводов, а также определять место и характер их повреждения.
pH-метр – это измерительный прибор, предназначенный для измерения водородного показателя (показателя pH).
Частотомер – измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.
Шумомер – прибор для измерения звуковых колебаний.
Таблица: Единицы измерения и обозначения некоторых физических величин.
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter
Планета Земля укутана атмосферой, словно невидимым одеялом. Эта оболочка защищает Землю, а также всех ее обитателей от угроз из космоса. Можно утверждать и так, что жизнь на Земле возможна лишь благодаря существованию атмосферы.
Человечество интересовалось изучением воздушной оболочки планеты уже давно, однако приборы для измерения показателей атмосферы появились относительно недавно - всего лишь порядка четырех столетий назад. Какие же существуют способы изучения воздушной оболочки Земли? Давайте рассмотрим их подробнее.
Изучение атмосферы
Каждый человек ориентируется на прогноз погоды из СМИ. Но прежде чем эта информация станет известна общественности, она должна быть собрана при помощи множества различных методов. Тем, кто интересуется, как изучают атмосферу, будет важно узнать: основные приборы для ее изучения, которые были изобретены в XVI веке, это флюгер, термометр, а также барометр.
Сейчас изучением воздушной оболочки Земли занимается Помимо России, в ее состав входит еще немало стран. Так как изучают атмосферу в наше время при помощи специальной техники, сотрудниками ВМО были разработаны специальные программы сбора и обработки данных. С этой целью применяются самые современные технологии.
Термометры
Измерение температуры и сейчас происходит с использованием термометров. Градусы измеряются по Цельсию. Данная система основывается на физических свойствах воды. При нуле градусов по Цельсию она переходит в твердое состояние, при 100 - в газообразное.
Система эта названа в честь ученого из Швеции Он предложил измерять температуру при помощи такого способа в 1742 году. Несмотря на технологический прогресс, во многих местах до сих пор используются ртутные термометры.
Осадкомер
Информация о том, как изучают атмосферу, будет интересна и школьникам, и взрослым. Например, любопытно узнать о том, что количество осадков измеряется метеорологами при помощи осадкомера. Это прибор, с помощью которого можно измерять как количество жидких осадков, так и твердых.
Данный метод изучения атмосферы появился в 70-х годах прошлого столетия. Осадкомер состоит из ведра, которое устанавливается на столбе и окружается ветрозащитой. Прибор размещают на ровных площадках, оптимальный вариант установки - в месте, окруженном домами или деревьями. В том случае, если количество осадков превышает 49 мм за 12 часов, то дождь считается сильным. Для снега этот термин применяется, если за этот же промежуток времени выпадает 19 мм.
Измерение скорости и направления ветра
Для того чтобы измерить скорость ветра, используется прибор под названием анемометр. Также он применяется и для того, чтобы изучить скорость направленных воздушных потоков.
Скорость воздуха представляет собой один из важнейших показателей атмосферы. Для того чтобы измерить скорость и направления ветра, используют и специальные ультразвуковые датчики (анеморумбометры). Рядом с анемометром, как правило, устанавливают флюгер. Также возле аэродромов, мостов и других мест, где сильный ветер может представлять опасность, обычно устанавливают специальные конусообразные мешки, сделанные из полосатой ткани.
Барометры
Мы рассмотрели, с помощью каких приборов и как изучают атмосферу. Однако обзор всех методов ее изучения был бы неполным без упоминания о барометре - специальном приборе, с помощью которого можно определить силу атмосферного давления.
Идея барометра была предложена еще Галилеем, хотя осуществить ее смог его ученик Э. Торричелли, впервые доказавший факт атмосферного давления. Барометры, при помощи которых измеряется давление атмосферного столба, позволяют составить прогноз погоды. Помимо этого данные приборы используются и в качестве высотометров, так как давление воздуха в атмосфере зависит от высоты.
Почему воздух давит на поверхность Земли? Молекулы воздуха, как и все другие материальные тела, притягиваются к поверхности нашей планеты силой притяжения. Тот факт, что воздух имеет вес, был продемонстрирован Галилеем, а этого давления и был изобретен Э. Торричелли.
Профессии, изучающие атмосферу
Изучением воздушной оболочки Земли занимаются, главным образом, представители двух профессий - синоптики и метеорологи. Какова разница между этими двумя профессиями?
Метеорологи принимают участие в различных экспедициях. Нередко их работа проходит на полярных станциях, высокогорных плато, а также аэродромах и океанских лайнерах. Метеоролог не может отвлечься ни на минуту от своих наблюдений. Какими бы незначительными ни казались колебания, он должен вносить их в специальный журнал.
Синоптики отличаются от метеорологов тем, что занимаются предсказанием погоды при помощи анализа физиологических процессов. Кстати, термин «синоптик» происходит из древнегреческого языка и переводится - «обозревающий на месте».
Кто изучает атмосферу?
Для составления прогноза погоды необходимо использовать информацию, собранную с нескольких точек всей планеты одновременно. Изучается температура воздуха, атмосферное давление, а также скорость и сила ветра. Наука, изучающая атмосферу, называется метеорологией. Она рассматривает строение и все протекающие в атмосфере процессы. По всей Земле расположены специальные метеорологические центры.
Нередко информация об атмосфере, метеорологии и метеорологах нужна и школьникам. Чаще всего этот вопрос им приходится исследовать в 6 классе. Как изучают атмосферу, и какие специалисты занимаются сбором и обработкой данных об изменениях в ней?
Атмосферу изучают метеорологи, климатологи и аэрологи. Представители последней профессии занимаются изучением различных показателей атмосферы. Морские метеорологи - это специалисты, которые наблюдают за поведением воздушных масс над Мировым океаном. Ученые, изучающие атмосферу, обеспечивают информацией об атмосфере морской транспорт.
Эти данные нужны и сельскохозяйственным предприятиям. Также существует такая отрасль науки об атмосфер, как радиометеорология. А в последние десятилетия получило развитие еще одно направление - спутниковая метеорология.
Зачем нужна метеорология?
Для того чтобы был составлен правильный прогноз погоды, информация не только должна быть собрана с разных уголков земного шара, но и правильно обработана. Чем больше информации есть у метеоролога (или другого исследователя), тем более точным будет результат его работы. Сейчас обработка всех данных осуществляется при помощи компьютерных технологий. Метеорологическая информация не только хранится в ЭВМ, но и используется для построения составления прогнозов погоды на ближайшее время.
Мы знаем, что проводники с токами взаимодействуют друг с другом с некоторой силой (§ 37). Это объясняется тем, что на каждый проводник с током действует магнитное поле тока другого проводника.
Вообще магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле .
На рисунке 117, а изображён проводник АВ, подвешенный на гибких проводах, которые присоединены к источнику тока. Проводник АВ помещён между полюсами дугообразного магнита, т. е. находится в магнитном поле. При замыкании электрической цепи проводник приходит в движение (рис. 117, б).
Рис. 117. Действие магнитного поля на проводник с током
Направление движения проводника зависит от направления тока в нём и от расположения полюсов магнита. В данном случае ток направлен от А к Б, и проводник отклонился влево. При изменении направления тока на противоположное проводник переместится вправо. Точно так же проводник изменит направление движения при изменении расположения полюсов магнита.
Практически важное значение имеет вращение проводника с током в магнитном поле.
На рисунке 118 изображён прибор, с помощью которого можно продемонстрировать такое движение. В этом приборе лёгкая прямоугольная рамка ABCD насажена на вертикальную ось. На рамке уложена обмотка, состоящая из нескольких десятков витков проволоки, покрытой изоляцией. Концы обмотки присоединены к металлическим полукольцам 2: один конец обмотки присоединён к одному полукольцу, другой - к другому.
Рис. 118. Вращение рамки с током в магнитном поле
Каждое полукольцо прижимается к металлической пластинке - щётке 1. Щётки служат для подвода тока от источника к рамке. Одна щётка всегда соединена с положительным полюсом источника, а другая - с отрицательным.
Мы знаем, что ток в цепи направлен от положительного полюса источника к отрицательному, следовательно, в частях рамки АВ и DC он имеет противоположное направление, поэтому эти части проводника будут перемещаться в противоположные стороны и рамка повернётся. При повороте рамки присоединённые к её концам полукольца повернутся вместе с ней и каждое прижмётся к другой щётке, поэтому ток в рамке изменит направление на противоположное. Это нужно для того, чтобы рамка продолжала вращаться в том же направлении.
Вращение катушки с током в магнитном поле используется в устройстве электрического двигателя .
В технических электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки. Эти витки укладывают в пазы (прорези), сделанные вдоль боковой поверхности железного цилиндра. Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля. На рисунке 119 изображена схема такого устройства, оно называется якорем двигателя . На схеме (она дана в перпендикулярном сечении) витки проволоки показаны кружочками.
Рис. 119. Схема якоря двигателя
Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создаётся сильным электромагнитом. Электромагнит питается током от того же источника тока, что и обмотка якоря. Вал двигателя, проходящий по центральной оси железного цилиндра, соединяют с прибором, который приводится двигателем во вращение.
Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение на транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы).
Есть специальные безыскровые электродвигатели, которые применяют в насосах для выкачивания нефти из скважин.
В промышленности применяют двигатели, работающие на переменном токе (их вы будете изучать в старших классах).
Электрические двигатели обладают рядом преимуществ. При одинаковой мощности они имеют меньшие размеры, чем тепловые двигатели. При работе они не выделяют газов, дыма и пара, а значит, не загрязняют воздух. Им не нужен запас топлива и воды. Электродвигатели можно установить в удобном месте: на станке, под полом трамвая, на тележке электровоза. Можно изготовить электрический двигатель любой мощности: от нескольких ватт (в электробритвах) до сотен и тысяч киловатт (на экскаваторах, прокатных станах, кораблях).
Коэффициент полезного действия мощных электрических двигателей достигает 98%. Такого высокого КПД не имеет никакой другой двигатель.
Якоби Борис Семёнович (1801-1874)
Русский физик. Прославился открытием гальванопластики Построил первый электродвигатель, телеграфный аппарат, печатающий буквы.
Один из первых в мире электрических двигателей, пригодных для практического применения, был изобретён русским учёным Борисом Семёновичем Якоби в 1834 г.
Вопросы
- Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?
- Пользуясь рисунком 117, объясните, от чего зависит направление движения проводника с током в магнитном поле.
- При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле? При помощи какого устройства в рамке меняют направление тока через каждые пол-оборота?
- Опишите устройство технического электродвигателя.
- Где применяются электрические двигатели? Каковы их преимущества по сравнению с тепловыми?
- Кто и когда изобрёл первый электродвигатель, пригодный для практического применения?
Задание
