Номер 2, страница 339 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Темы проектов - номер 2, страница 339.

Условие.

2. Сконструируйте волосяной гигрометр. Определите оптимальные условия его функционирования.

Решение.

Сконструируйте волосяной гигрометр

Принцип действия волосяного гигрометра основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении относительной влажности воздуха. С увеличением влажности волос удлиняется, а с уменьшением — укорачивается. Это незначительное изменение длины с помощью простого механического передаточного устройства усиливается и передается на стрелку, которая перемещается по шкале, проградуированной в процентах относительной влажности.

Необходимые материалы для сборки:

1. Длинный (20-30 см) человеческий волос. Лучше всего подходит светлый волос, так как он более чувствителен. Перед использованием его необходимо обезжирить, промыв в спиртовом или мыльном растворе.

2. Основание (штатив), на котором будут крепиться все элементы. Его можно изготовить из деревянного бруска, куска фанеры или плотного картона.

3. Легкая стрелка-указатель. Ее можно сделать из соломинки для напитков, тонкой деревянной щепки или свернутой в трубочку полоски плотной бумаги.

4. Ось вращения для стрелки. Подойдет обычная швейная иголка или булавка.

5. Небольшой груз, например, скрепка или маленькая гайка, для натяжения волоса.

6. Шкала. Ее можно нарисовать от руки на листе картона, который будет закреплен за стрелкой.

Порядок сборки:

1. Закрепите один конец подготовленного волоса на верхней части штатива.

2. Соберите передаточный механизм. Проколите стрелку-указатель иголкой примерно в ¼ ее длины от одного из концов. Закрепите иголку на штативе так, чтобы стрелка могла свободно вращаться в вертикальной плоскости, как рычаг.

3. Привяжите нижний конец волоса к короткому плечу рычага-стрелки, как можно ближе к оси вращения. К этому же концу волоса подвесьте небольшой груз, чтобы обеспечить постоянное натяжение.

4. Установите за длинным концом стрелки картонную шкалу.

Калибровка прибора:

1. Для нахождения точки 100% влажности, поместите собранный прибор в ванную комнату после принятия горячего душа или аккуратно накройте его влажной тканью на 20-30 минут (ткань не должна касаться волоса). Когда стрелка перестанет двигаться, отметьте ее положение на шкале как «100%».

2. Для нахождения точки низкой влажности (условно 0%), поместите прибор в герметично закрывающийся контейнер вместе с осушителем (силикагелем, прокаленной поваренной солью) на несколько часов. Отметьте новое положение стрелки на шкале как «0%».

3. Разделите дугу на шкале между отметками «0%» и «100%» на равные промежутки. Например, на 10 делений по 10%. Важно помнить, что зависимость длины волоса от влажности нелинейна, поэтому такой самодельный прибор будет демонстрационным и его показания будут приблизительными.

Ответ: Для конструирования волосяного гигрометра необходимо закрепить обезжиренный волос на штативе, соединить его с рычажной системой, преобразующей изменение длины волоса во вращение стрелки-указателя, и откалибровать полученный прибор по точкам высокой и низкой влажности, нанеся соответствующую шкалу.

Определите оптимальные условия его функционирования

Для наиболее точной и стабильной работы волосяного гигрометра необходимо соблюдение ряда условий, которые определяют его оптимальное функционирование.

1. Температурный режим. Прибор наиболее точно работает в диапазоне положительных температур, примерно от 0°C до +30°C. При отрицательных температурах гигроскопические свойства волоса изменяются, и он практически перестает реагировать на изменение влажности, что делает измерения невозможными. Резкие колебания температуры также вносят погрешность, поэтому оптимальной является стабильная комнатная температура.

2. Диапазон измерений влажности. Наибольшая точность и чувствительность волосяного гигрометра достигается в диапазоне относительной влажности от 30% до 80%. В условиях очень сухого воздуха (менее 30%) или при влажности, близкой к насыщению (более 90%), погрешность прибора значительно возрастает.

3. Чистота чувствительного элемента. Волос должен быть надежно защищен от попадания пыли, жира и других загрязняющих веществ. Загрязнения нарушают его способность поглощать и отдавать водяной пар, что приводит к неверным показаниям. Поэтому прибор следует эксплуатировать в чистом помещении или помещать в корпус с отверстиями для свободной циркуляции воздуха.

4. Циркуляция воздуха. Для того чтобы гигрометр показывал актуальную влажность окружающего воздуха, необходим свободный доступ воздуха к волосу. Прибор не следует устанавливать в углах, нишах или вблизи стен, где воздухообмен затруднен. В то же время, его нужно оберегать от сильных сквозняков, которые могут вызывать механические колебания стрелки.

5. Отсутствие механических воздействий. Гигрометр является чувствительным механическим прибором, поэтому для его корректной работы необходимо исключить вибрации, тряску и удары. Его следует устанавливать на неподвижном, устойчивом основании.

6. Регулярная калибровка. Со временем волос может «стареть», необратимо растягиваться и терять свои упругие свойства. Это приводит к тому, что показания прибора начинают систематически отклоняться от истинных. Для поддержания точности необходима периодическая (например, раз в несколько месяцев) проверка и, при необходимости, повторная калибровка по более точному прибору (например, психрометру).

Ответ: Оптимальными условиями функционирования волосяного гигрометра являются: стабильная положительная температура окружающей среды, диапазон измеряемой относительной влажности от 30% до 80%, защита чувствительного элемента от загрязнений, достаточная циркуляция воздуха при отсутствии сквозняков и вибраций, а также регулярная поверка и калибровка прибора.