На рис. 4.1 представлена простейшая схема измерения теплопроводности твердого тела.

Исследуемое вещество в виде стержня А нагревается с одного конца каким-нибудь источником тепла (электрическим нагревателем, парами кипящей жидкости), а с другой стороны поддерживается при постоянной температуре {например, проточной водой).



Рис. 4.1.

Стержень на всей его длине окружается изолирующей оболочкой для уменьшения отдачи тепла через боковые поверхности.

Для этой же цели рекомендуется поверхность стержня полировать.

В двух точках стержня а и b специальных углублениях помещаются термометры или термопары.

Через некоторое время после включения нагревателя устанавливается стационарное состояние, при котором градиент температуры становится одинаковым по всей длине стержня. Поэтому он может быть определен как (Т₁ -- T₂)/ l, где Т₁ и Т₂ --температуры в точках а и b, а / -- расстояние между этими точками. Коэффициент теплопроводности определяется из равенства

Мощность нагревателя q легко определяется из измерений силы тока и - разности потенциалов.

Приведем еще один пример установки для измерения коэффициента теплопроводности, используемой для исследования веществ, плохо проводящих тепло. В этом случае исследуемому образцу удобно придать форму пластины или диска. Схема опыта представлена на рис.4.2.

Рис.4.2.

Пластина А исследуемого вещества помещается на массивной охлаждаемой пластине В. Над образцом располагается пластина-нагреватель Я, обогреваемая электрическим током.

Чтобы устранить влияние краев образца, он окружается кольцом из того же материала А'. Защитным кольцом Я' окружается и нагреватель. Наконец, над нагревателем помещается еще один нагреватель Я", температура которого поддерживается такой, чтобы верхняя и нижняя поверхности основного нагревателя H имели одинаковую температуру. Это значит, что тепло, идущее от Я вверх, компенсируется теплом от Я". При таком устройстве прибора можно считать, что тепло от нагревателя Я целиком передается через исследуемый образец, а сам образец не отдает тепла в сторону, так как он защищен кольцом, обогреваемым так же, как и сам образец.

С помощью термометров t₁ и t₂ измеряются температуры T₁ и Т₂ обеих поверхностей образца.

Из измерений мощности нагревателя q и разности температур коэффициент теплопроводности вычисляется по формуле

где d--толщина пластины Л, а 5--площадь ее поверхности.

Отдачу образцом тепла в сторону можно, также устранить, изготовляя образец в форме полого цилиндра или сферы и помещая нагреватель на оси цилиндра или в центре сферы.

Диффузия в твердых телах

Несмотря на то, что для твердого тела характерно упорядоченное расположение атомов в кристаллической решетке, перемещение атомов возможно и в нем. Тепловые движения, которые в основном имеют характер малых колебаний, в некоторых случаях приводят к тому, что атомы вовсе покидают свои места в решетке. О возможности таких срывов атомов свидетельствует уже тот факт, что твердые тела могут испаряться. Правда, при испарении отрыв атомов происходит в поверхностном слое, но нет оснований утверждать, что такой отрыв невозможен и внутри тела.

Именно благодаря тому, что атомы покидают свои места в узлах решетки, возникают некоторые дефекты в кристаллах --такие, как дефекты типа Шоттки и Френкеля. С этими срывами атомов и их последующим перемещением в кристалле связана и диффузия в твердых телах.

Так же, как в газах, частицы в твердых телах имеют различные энергии тепловых движений. И при любой температуре имеется определенная часть атомов, энергия которых значительно превосходит среднюю и достаточно велика для того, чтобы они могли покинуть свое место в решетке и перейти в новое положение. Чем выше температура, тем таких атомов больше, и поэтому коэффициент диффузии D с повышением температуры быстро возрастает (по экспоненциальному закону). Но так как число атомов с достаточно большой энергией всегда мало (если температура много ниже температуры плавления), то процесс диффузии в твердом теле оказывается еще более медленным процессом, чем в газах и жидкостях. Например, коэффициент диффузии меди в золото при300°С равен 1,5-10^-13 см²/с. Для сравнения укажем, что при диффузии водного раствора метилового спирта в воду D = 1,3 -10^-5 см²/с, а диффузия аргона в гелий идет с D = 0,7 см²/с. Тем не менее диффузия в твердых телах играет большую роль в целом ряде процессов. Она наблюдается как в однокомпонентном (в этом случае говорят о само диффузии), так и в многокомпонентных веществах, в моно- и в поликристаллах.

Опыт (в частности, исследования с помощью так называемых меченых атомов) показывает, что диффузия в твердых телах осуществляется главным образом следующими тремя способами:

1. Соседние атомы в решетке обмениваются местами в решетке. Обмен этот может, например, явиться следствием поворота участвующей в ней пары атомов вокруг средней точки.

2. Атом, находящийся на «своем» месте в узле решетки, покидает его и располагается в междоузлии, а затем мигрирует в междоузлиях.

3. Атомы из узлов решетки переходят в незанятые узлы, так называемые вакансии. Этот последний процесс возможен только в дефектных кристаллах, так как вакансии являются, конечно, дефектами кристалла. Очевидно, что переход атомов на вакантные места эквивалентен перемещению самих вакансий в правлении, обратном направлению движения атомов.

Наиболее важную роль играет, по-видимому, последний механизм диффузии. Для его осуществления в твердом теле должен существовать градиент плотности вакансий, так что атомы (а значит и вакансии) чаще перемещаются в одном направлении, чем в другом. В поликристаллах важную роль играет процесс заполнения вакансий на границах кристалликов (зерен). По-видимому, в процессе создания вакансий, без которых невозможна диффузия, важную роль играют дислокации.

При экспериментальном изучении диффузии в твердых телах исследуемые вещества приводятся в надежный контакт друг с другом и затем длительное время выдерживаются при той или иной температуре опыта. После такой выдержки снимаются последовательно тонкие слои, перпендикулярные к направлению диффузии, и исследуются концентрации про диффундировавших веществ в зависимости от расстояния до места контакта.

В последнее время широко используются искусственные радиоактивные вещества, присутствие которых легко обнаруживается по их излучению.

Этот метод (метод - меченых атомов) позволяет исследовать и явление самодиффузии, т. е. диффузии в твердом теле атомов самого этого тела.

Общий закон диффузии в твердых телах -- такой же, как в газах и жидкостях. Это -- закон Физика, о котором мы не раз упоминали.

Что касается коэффициента диффузии D, то выражение для него можно получить из соображений, сходных системы, которые были приведены на стр. 318 в связи с вопросом о диффузии в жидкостях. Ведь диффузия в твердом теле тоже осуществляется скачками атомов из их положений равновесия в узлах кристаллической решетки. Но теперь о дальности скачка можно, вполне определенно сказать, что она равна постоянной решетки а.

Необходимо, однако, иметь в виду, что при вакансионном механизме диффузии атом из узла решетки может совершить скачок только в том случае, если соседний узел пустует, если он представляет собой вакансию. Но даже и при таком соседстве атому необходима добавочная энергия q, чтобы скачок в вакансию состоялся. Ведь в узле решетки потенциальная энергия атома минимальна. Поэтому любое смещение атома из узла, включая и смещение в соседнюю вакансию, требует добавочную энергию, которую он с некоторой вероятностью может получить в результате флуктуации. Эта вероятность, как всегда, определяется законом Больцмана:

Здесь q -- энергия, необходимая для скачка из узла решетки, энергия перемещения атома в вакансию.

По соображениям, приведенным на стр. 318, коэффициент само диффузии в твердом теле может быть записан в виде:

где а -- постоянная решетки и t -- среднее время пребывания атома в узле решетки. Это время, очевидно, тем меньше, чем больше вероятность образования вакансии рядом с атомом и чем больше вероятность того, что атом получит энергию перемещения д. На стр. 319 мы видели, что вероятность образования вакансии равна e^-w/kT. Теперь мы видим, что вероятность того, что атом получит энергию q, равна e^W/kT. Поэтому выражение для коэффициента диффузии может быть записано в виде:

Множитель do (так называемый пред экспоненциальный множитель) -- постоянная, характерная для данного вещества. Величина W, равная сумме энергии образования вакансии w и энергии q перемещения атома в вакансию, называется энергией активации диффузии и тоже является величиной, характерной для вещества.

Коэффициент диффузии в твердых телах очень мал. Для золота, например, при комнатной температуре он порядка 10^-35. Даже вблизи температуры плавления золота он достигает значения лишь в 10^-8 см²/с. Это показывает, как сильно зависит коэффициент диффузии от температуры.

Малость коэффициента диффузии в твердых телах объясняется тем, что для того, чтобы диффузионный скачок атома в вакансию состоялся, необходимо, чтобы практически одновременно произошли два, вообще говоря, маловероятных события; чтобы рядом с атомом образовалась вакансия и чтобы сам атом получил в результате флуктуации энергию, достаточную для скачка.

При других механизмах диффузии, при диффузии одних веществ в другие, коэффициент диффузии вычисляется иначе. Об этом читатель узнает из специальных курсов. Но во всех случаях коэффициенты диффузии по абсолютному значению малы. Так, например, коэффициент диффузии серы в железо даже при температуре, близкой к 1000°С, равен приблизительно 2,7 -КН³ м²/с. Но несмотря на малость коэффициентов диффузии в твердых телах, роль диффузии в твердых телах очень велика. Именно диффузия обеспечивает такие явления и процессы в твердых телах, как отжиг для устранения неоднородностей в сплавах, насыщение поверхностей деталей углеродом, азотом и т. д., спекание порошков и другие процессы обработки металлов.

теплоемкость твердое тело анимационная программа

Глава 2. Реализация анимационной обучающей программы для определения удельной теплоемкости твердых тел (проверка выполнимости закона Дюлонга и Пти)

2.1 Алгоритмизация

Определение удельной теплоемкости твердых тел.

Цель работы: проверка выполнимости закона Дюлонга и Пти для ряда исследуемых веществ.

Согласно классической теории теплоемкости при не слишком низких температурах, молярная теплоемкость химически простых веществ в кристаллическом состоянии одинакова и равна 25 Дж/(моль*К). Это утверждение составляет содержание закона Дюлонга и Пти, установленного опытным путем.

Между частицами, образующими кристаллическую решетку твердых тел, существуют силы взаимодействия. Расположение частиц в узлах кристаллической решетки отвечает минимуму их взаимной потенциальной энергии. При смещении частиц из положения равновесия в любом направлении появляется сила, стремящаяся вернуть частицу в первоначальное положение, вследствие чего возникают ее колебания.

При точном рассмотрении задачи необходимо учитывать, что частицы в решетке взаимодействуют друг с другом и их колебания надо рассматривать как связанные. Однако при достаточно высоких температурах, когда энергия становится большой, колебания частиц можно рассматривать приближенно как независимые друг от друга.

Полная энергия частицы U равна сумме кинетической Е_к и потенциальной Е_n:

U = E_k + E_n.

Колебания частиц в решетке приближенно являются гармоническими. При этом как кинетическая, так и потенциальная энергии гармонических колебаний частицы являются периодическими функциями времени и их средние значения (Е_к) и (Е_n) равны друг другу: (Е_к) = (Е_n). Поэтому среднее значение полной энергии

(U) = (E_k). (1)

С другой стороны, из кинетической теории идеального газа известно, что средняя кинетическая энергия одноатомных молекул (изолированных частиц)

(E_k) = 3 / 2 * kT. (2)

где k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура.

Поскольку, как было отмечено, атомы или ионы кристаллической решетки при достаточно высоких температурах колеблются независимо друг от друга, к ним также применима формула (2). Тогда из (1) и (2) имеем

(U) = 3kT. (3)

C

3R

Т

Рис. 1

Полную внутреннюю энергию одного моля твердого тела получим, умножив среднюю энергию одной частицы на число независимо колеблющихся частиц, содержащихся в одном моле, т. е, на постоянную Авогадро N_A:

U = (U) N_A = 3N_AkT = 3RT, (4)

Где R - молярная газовая постоянная.

Для твердых тел вследствие малого коэффициента теплового расширения теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме практически не различаются. Поэтому общее выражение теплоемкости твердого тела совпадает с значением молярной теплоемкости при V = const: C_m = dU / dT. Из формулы (4) окончательно следует, что

С_m = 3R.

Подставляя численное значение молярной газовой постоянной, получаем

C_m = 25 Дж / (моль * К). (5)

Это равенство выполняется с довольно хорошим приближением для многих веществ при комнатной температуре. Для более низких температур наблюдаются отклонения от него (рис. 1). Вблизи абсолютного нуля молярная теплоемкость всех тел пропорционально Т³, и только при достаточно высокой, характерной для каждого вещества температуре начинает выполняться равенство (5).

Строгая теория теплоемкости твердых тел создана Эйнштейном и Дебаем. Она учитывает, что колебания частиц в кристаллической решетке не являются независимыми и что энергия колебательного движения квантована.

Описание установки.

ПРИБОРЫ и ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: исследуемые тела, калориметр, автотрансформатор с вольтметром, амперметр, мост постоянного тока.

В настоящей работе для определения молярной теплоемкости различных веществ используется калориметр особой конструкции, схема которого представлена на рис. 2.

Калориметр представляет собой латунный корпус 2 с коническим отверстием 3, куда вставляются испытуемые тела 9, изготовленные из исследуемых материалов и представляющие собой конические цилиндры, притертые к отверстию в корпусе. В корпусе калориметра уложены нагревательная спираль 4 и спираль термометра сопротивления 5.

Снаружи корпус калориметра теплоизолирован слоями асбеста 6 и пенопласта 7 и закрыт алюминиевым кожухом 8. После помещения в калориметр испытуемого тела он закрывается крышкой 10. Винт 1 предназначен для выталкивания испытуемых тел из калориметра по окончании опыта. Для этой же цели можно использовать и специальный крючок, зацепив им тело за предназначенную для этого петлю 9'.

Рис. 2.

Электрическая схема калориметра представлена на рис. 3.

Нагревание обмотки 4 производится от сети переменного тока 2. Напряжение нагревателя регулируется лабораторным автотрансформатором. Измерения амперметром 3 и вольтметром 1. Термометр сопротивления 5 включен в мост постоянного тока 6. Методика измерения сопротивления с помощью моста постоянного тока дана в приложении.

Рис 3.

Если нагрет на ?Т градусов калориметр с помещенным в него исследуемым телом, то энергия электрического тока пойдет на нагревание исследуемого тела и калориметра

IU₁ = m_kc_k ?Т + m_Tc_T ?Т+. (6)

Здесь I и U - ток и напряжение на нагревателе, ₁ - время нагревания, m_k и m_T - массы калориметра и нагреваемого тела, c_k и с_T - удельные теплоемкости калориметра и нагреваемого тела, - потери тепла.

Для того чтобы вычислить и исключить из уравнения (6) тепло, идущее на нагрев калориметра, и потери тепла в окружающее пространство, можно нагреть пустой калориметр на те же ?Т градусов. Потери тепла в обоих случаях будут одинаковыми, так как они зависят только от разности температур ?Т но этот процесс потребует меньшего времени нагревания ₂ :

IU₂ = m_kc_k?Т + . (7)

Из равенства (6) и (7) следуетгде ?Т = ₁ - ₂. Величину можно определить по графикам зависимости ?Т от для пустого калориметра и калориметра с исследуемым телом (рис. 73). Температура нагрева измеряется в данной установке при помощи термометра сопротивления, т. е. металлической проволоки.

_{2 1}

Рис. 4

Сопротивление металла изменяется температурой по закону

R = R₀ (1 + t)?, (9)

где R₀ - сопротивление при температуре t, - температурный коэффициент сопротивления, который в узком диапазоне температуру можно считать постоянным.

Измерив температуру воздуха в комнате t_n по ртутному термометру и сопротивление R_B измерительной обмотки при помощи моста постоянного тока, можно из формулы (9) рассчитать R₀:

где - температурный коэффициент сопротивления меди.

Приведенная формула (9) позволяет также по известному сопротивлению R₀ обмотки термометра сопротивления и измеренному приращению сопротивления R = R - R_B подсчитать T:

T = t = R / (R₀) (11).

3.2 Блок - схема программы

Блок-схема подпрограммы opis()

Блок-схема подпрограммы teoria()

Блок схема подпрограммы Telo()

3.3 Листинг программа

#include <graphics.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

#include <dos.h>

#include <ctype.h>

#include "steps.h"

int main(void)

{

int gdriver = DETECT, gmode, errorcode,i;

initgraph(&gdriver, &gmode, "");

errorcode = graphresult();

if (errorcode != grOk)

{ printf("Graphics error: %s\n", grapherrormsg(errorcode));

printf("Press any key to halt:");

getch(); exit(1); }

menu:

cleardevice();

setbkcolor(BLACK);

settextjustify(LEFT_TEXT, LEFT_TEXT);

settextstyle(DEFAULT_FONT, HORIZ_DIR, 1);

setfillstyle(SOLID_FILL,15);

setcolor(WHITE);

rectangle(0,0,getmaxx(),getmaxy());

setcolor(RED);

outtextxy(20,64,"-, + - перемещение, Enter - Выбор");

settextstyle(DEFAULT_FONT, HORIZ_DIR, 2);

settextjustify(0, 1);

setcolor(BLUE);

outtextxy(10,12,"");

outtextxy(180,30,"*** M E Н Ю ***");

outtextxy(10,45,"________________________________________________________");

setcolor(RED);

outtextxy(30,100,"1.Теория и выполнение работы");

outtextxy(30,150,"2.Описание установок");

outtextxy(30,200,"3.Практика");

outtextxy(30,250,"4.Выход");

int y=80,y1=120;

char x;

setcolor(14);

rectangle(15,y,620,y1);

m1:

x=getch();

switch (toascii(x))

{

case 43: if (y==230)

{

setcolor(BLACK);

rectangle(15,y,620,y1);

y=80; y1=120;

setcolor(14);

rectangle(15,y,620,y1);

goto m1;

}

setcolor(BLACK);

rectangle(15,y,620,y1);

y=y+50;

y1=y1+50;

setcolor(14);

rectangle(15,y,620,y1);

goto m1;

case 45: if (y==80)

{

setcolor(BLACK);

rectangle(15,y,620,y1);

y=230;

y1=270;

setcolor(14);

rectangle(15,y,620,y1);

goto m1;

}

setcolor(BLACK);

rectangle(15,y,620,y1);

y=y-50;

y1=y1-50;

setcolor(14);

rectangle(15,y,620,y1);

goto m1;

case 13: for (i=0;i<1;i++)

{

setcolor(BLUE);

rectangle(15,y,620,y1);

sound(100);

delay(100);

setcolor(14);

rectangle(15,y,620,y1);

sound(200);

delay(100);

}

nosound();

switch(y)

{ case 80: teoria();

goto menu;

case 130: opis();

goto menu;

case 180: telo();

goto menu;

case 230: goto door;

}

goto m1;

default:

goto m1;

}

door:

closegraph();

return 0;

}

Файл Steps.h

void step1()

{

setcolor(15);

int a10[10]={395,372, 403,378, 548,194, 540,188, 395,372};

drawpoly(5,a10);

int a11[8]={404,361, 382,345, 509,183, 531,199};

drawpoly(4,a11);

setfillstyle(9,7);

floodfill(383,345,15);

setfillstyle(2,9);

floodfill(396,372,15);

}

void step2()

{

setcolor(15);

int a11[10]={395,370, 405,375, 480,165, 470,160,395,370};

drawpoly(5,a11);

int a10[8]={400,355, 375,345, 440,165, 465,175};

drawpoly(4,a10);

setfillstyle(9,7);

floodfill(383,345,15);

setfillstyle(2,9);

floodfill(396,369,15);

}

void step3()

{

setcolor(15);

setfillstyle(9,7);

rectangle(366,355,395,165);

floodfill(370,340,15);

setfillstyle(2,9);

rectangle(395,148,405,372);

floodfill(396,150,15);

}

void step11()

{

setcolor(GREEN);

setfillstyle(SOLID_FILL,GREEN);

int a10[10]={395,372, 403,378, 548,194, 540,188, 395,372};

fillpoly(5,a10);

int a11[8]={404,361, 382,345, 509,183, 531,199};

fillpoly(4,a11);

}

void step22()

{

setcolor(GREEN);

setfillstyle(SOLID_FILL,GREEN);

int a11[10]={395,370, 405,375, 480,165, 470,160,395,370};

fillpoly(5,a11);

int a10[8]={400,355, 375,345, 440,165, 465,175};

fillpoly(4,a10);

}

void step33()

{

setcolor(GREEN);

setfillstyle(SOLID_FILL,GREEN);

bar3d(366,355,395,165,0,0);

bar3d(395,148,405,372,0,0);

}

void voice()

{ sound(25);

delay(4);

nosound(); }

void teoria()

{

int x,i;

cleardevice();

FILE *file1;

char s, s1=' ';

if ((file1=fopen("tr.txt","r"))==NULL)

{ perror("Не могу открыть файл! \n");

exit(1); }

while (!kbhit())

{ s=fgetc(file1);

if (s==EOF) break;

if (s=='\n' && s1=='\n') delay(1500);

printf("%c", s);

voice(); delay(10); s1=s; }

fclose(file1);

getch();

}

void telo(void)

{

int i,j,I,U,M,t,T;

setbkcolor(GREEN);

cleardevice();

settextjustify(LEFT_TEXT, LEFT_TEXT);

settextstyle(DEFAULT_FONT, HORIZ_DIR, 1);

setcolor(15); setfillstyle(SOLID_FILL,15);

printf(" ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ");

printf("\n Сила тока(1-3): ");

scanf("%d",&I);

printf(" Напряжение(110-220): ");

scanf("%d",&U);

printf(" Масса(100-300): ");

scanf("%d",&M);

printf(" Время нагревания(1-3): ");

scanf("%d",&t);

printf(" Начальная температура(15-25): ");

scanf("%d",&T);

//VINT

bar3d(85,254,185,266,0,0); bar3d(67,237,85,283,0,0);

int a1[10]={376,215, 185,239, 185,281, 376,305, 376,215};

fillpoly(5,a1);

//kryuchok

arc(381,260,270,180,5);

arc(381,260,270,180,4);

//Blok

int a2[14]={95,140, 395,140, 395,148, 103,148, 103,245, 95,245, 95,140};

drawpoly(7,a2);

int a3[12]={365,148, 365,172, 127,172, 127,250, 103,250, 103,245};

drawpoly(6,a3);

line(365,172,365,180);

line(365,180,127,180);

int a4[14]={95,380, 395,380, 395,372, 103,372, 103,275, 95,275, 95,380};

drawpoly(7,a4);

int a5[12]={365,372, 365,348, 127,348, 127,270, 103,270, 103,275};

drawpoly(6,a5);

line(365,348,365,340); line(365,340,127,340);

setfillstyle(5,9);

floodfill(97,142,15); floodfill(100,372,15);

setfillstyle(9,7);

floodfill(105,162,15); floodfill(125,300,15);

setfillstyle(4,3);

floodfill(355,178,15); floodfill(360,342,15);

//Vnut blok

int a6[12]={348,188, 348,215, 157,239, 157,254, 127,254, 127,250};

drawpoly(6,a6);

int a7[12]={348,332, 348,305, 157,281, 157,266, 127,266, 127,270};

drawpoly(6,a7);

int a8[68]={127,188, 140,188, 140,195, 153,195, 153,188, 166,188, 166,203, 179,203, 179,188, 192,188, 192,195, 205,195, 205,188, 218,188, 218,203, 231,203, 231,188, 244,188, 244,195, 257,195, 257,188, 270,188, 270,203, 283,203, 283,188, 296,188, 296,195, 309,195, 309,188, 322,188, 322,203, 335,203, 335,188, 348,188};

drawpoly(34,a8);

setfillstyle(6,8);

floodfill(130,190,15);

int a9[68]={127,332, 140,332, 140,317, 153,317, 153,332, 166,332, 166,325, 179,325, 179,332, 192,332, 192,317, 205,317, 205,332, 218,332, 218,325, 231,325, 231,332, 244,332, 244,317, 257,317, 257,332, 270,332, 270,325, 283,325, 283,332, 296,332, 296,317, 309,317, 309,332, 322,332, 322,325, 335,325, 335,332, 348,332};

drawpoly(34,a9);

setfillstyle(6,8);

floodfill(130,330,15);

//spiral

setcolor(BLUE);

for(i=146,j=173;i<=310;i=i+52,j=j+52)

{ circle(i,191,3);

circle(j,329,3); }

for(i=172,j=146;i<=340;i=i+52,j=j+52)

{ circle(i,199,3);

circle(j,321,3);}

//krishka

step1();

//move

int k;

for(k=0;k<19;)

{

setcolor(GREEN);

setfillstyle(SOLID_FILL,15);

bar3d(85-k,254,185-k,266,0,0); bar3d(67-k,237,85-k,283,0,0);

a1[0]=376-k; a1[2]=185-k; a1[4]=185-k; a1[6]=376-k; a1[8]=376-k;

fillpoly(5,a1);

arc(381-k,260,270-k,180,5); arc(381-k,260,270-k,180,4);

k++;

setcolor(15);

bar3d(85-k,254,185-k,266,0,0); bar3d(67-k,237,85-k,283,0,0);

arc(381-k,260,270-k,180,5); arc(381-k,260,270-k,180,4);

a1[0]=376-k; a1[2]=185-k; a1[4]=185-k; a1[6]=376-k; a1[8]=376-k;

fillpoly(5,a1);

delay(100);

}

delay(1000);

step11();

step2();

delay(1000);

step22();

step3();

delay(2000);

setcolor(YELLOW);

for(i=146,j=173;i<=310;i=i+52,j=j+52)

{ circle(i,191,3);

circle(j,329,3); }

for(i=172,j=146;i<=340;i=i+52,j=j+52)

{ circle(i,199,3);

circle(j,321,3);}

delay(2000);

setcolor(RED);

for(i=146,j=173;i<=310;i=i+52,j=j+52)

{ circle(i,191,3);

circle(j,329,3); }

for(i=172,j=146;i<=340;i=i+52,j=j+52)

{ circle(i,199,3);

circle(j,321,3);}

delay(2000);

setcolor(LIGHTRED);

for(i=146,j=173;i<=310;i=i+52,j=j+52)

{ circle(i,191,3);

circle(j,329,3); }

for(i=172,j=146;i<=340;i=i+52,j=j+52)

{ circle(i,199,3);

circle(j,321,3);}

delay(2000);

step33();

step2();

delay(1000);

step22();

step1();

for(k=25;k>0;)

{

setcolor(GREEN);

setfillstyle(SOLID_FILL,15);

bar3d(85-k,254,185-k,266,0,0); bar3d(67-k,237,85-k,283,0,0);

a1[0]=376-k; a1[2]=185-k; a1[4]=185-k; a1[6]=376-k; a1[8]=376-k;

fillpoly(5,a1);

arc(381-k,260,270-k,180,5); arc(381-k,260,270-k,180,4);

k--;

setcolor(15);

bar3d(85-k,254,185-k,266,0,0); bar3d(67-k,237,85-k,283,0,0);

arc(381-k,260,270-k,180,5); arc(381-k,260,270-k,180,4);

a1[0]=376-k; a1[2]=185-k; a1[4]=185-k; a1[6]=376-k; a1[8]=376-k;

fillpoly(5,a1);

delay(100);

}

for(i=1;i<25;i++) printf("\n");

printf(" ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ");

printf("\n Сила тока: %d",I);

printf("\n Напряжение: %d",U);

printf("\n Масса: %d",M);

printf("\n Время нагревания: %d min",t);

printf("\n Начальная температура: %d C",T);

printf("\n Конечная температура: %d C",T+t*9);

printf("\n Удельная теплоемкость: %d",((T+t*9)-T)*2);

getch();

}

void opis(void)

{

int i,j,I,U,M,t,T;

setcolor(15); setfillstyle(SOLID_FILL,15);

cleardevice();

settextjustify(LEFT_TEXT, LEFT_TEXT);

settextstyle(DEFAULT_FONT, HORIZ_DIR, 1);

setbkcolor(GREEN);

//VINT

rectangle(85,254,185,266);

rectangle(67,237,85,283);

int a1[10]={376,215, 185,239, 185,281, 376,305, 376,215};

drawpoly(5,a1);

line(70,250,50,250);

outtextxy(10,250,"Винт");

//kryuchok

arc(381,260,270,180,5);

arc(381,260,270,180,4);

line(381,260,420,160);

outtextxy(420,160,"Кручок");

//Blok

int a2[14]={95,140, 395,140, 395,148, 103,148, 103,245, 95,245, 95,140};

drawpoly(7,a2);

int a3[12]={365,148, 365,172, 127,172, 127,250, 103,250, 103,245};

drawpoly(6,a3);

line(365,172,365,180);

line(365,180,127,180);

int a4[14]={95,380, 395,380, 395,372, 103,372, 103,275, 95,275, 95,380};

drawpoly(7,a4);

int a5[12]={365,372, 365,348, 127,348, 127,270, 103,270, 103,275};

drawpoly(6,a5);

line(365,348,365,340);

line(365,340,127,340);

setfillstyle(5,9);

floodfill(97,142,15);

floodfill(100,372,15);

setfillstyle(9,7);

floodfill(105,162,15);

floodfill(125,300,15);

setfillstyle(4,3);

floodfill(355,178,15);

floodfill(360,342,15);

line(300,100,300,145);

outtextxy(300,100,"Кожух");

line(280,120,280,155);

outtextxy(280,120,"Пенопласта");

line(250,80,250,175);

outtextxy(250,80,"Асбест");

//Vnut blok

int a6[12]={348,188, 348,215, 157,239, 157,254, 127,254, 127,250};

drawpoly(6,a6);

int a7[12]={348,332, 348,305, 157,281, 157,266, 127,266, 127,270};

drawpoly(6,a7);

int a8[68]={127,188, 140,188, 140,195, 153,195, 153,188, 166,188, 166,203, 179,203, 179,188, 192,188, 192,195, 205,195, 205,188, 218,188, 218,203, 231,203, 231,188, 244,188, 244,195, 257,195, 257,188, 270,188, 270,203, 283,203, 283,188, 296,188, 296,195, 309,195, 309,188, 322,188, 322,203, 335,203, 335,188, 348,188};

drawpoly(34,a8);

setfillstyle(6,8);

floodfill(130,190,15);

int a9[68]={127,332, 140,332, 140,317, 153,317, 153,332, 166,332, 166,325, 179,325, 179,332, 192,332, 192,317, 205,317, 205,332, 218,332, 218,325, 231,325, 231,332, 244,332, 244,317, 257,317, 257,332, 270,332, 270,325, 283,325, 283,332, 296,332, 296,317, 309,317, 309,332, 322,332, 322,325, 335,325, 335,332, 348,332};

drawpoly(34,a9);

setfillstyle(6,8);

floodfill(130,330,15);

//spiral

setcolor(4);

for(i=146,j=173;i<=310;i=i+52,j=j+52)

{ circle(i,191,3);

circle(j,329,3); }

// setcolor(4);

for(i=172,j=146;i<=340;i=i+52,j=j+52)

{ circle(i,199,3);

circle(j,321,3);}

setcolor(15);

line(146,192,146,100);

outtextxy(146,100,"Спираль");

line(136,200,136,80);

outtextxy(136,80,"Корпус");

line(170,250,170,450);

outtextxy(170,450,"Отверстье");

line(370,250,370,450);

outtextxy(370,450,"Испытуемое тело");

//krishka

int a10[10]={395,372, 403,378, 548,194, 540,188, 395,372};

drawpoly(5,a10);

int a11[8]={404,361, 382,345, 509,183, 531,199};

drawpoly(4,a11);

setfillstyle(9,7);

floodfill(383,345,15);

setfillstyle(2,9);

floodfill(396,372,15);

line(470,250,470,400);

outtextxy(470,400,"Крышка");

getch(); getch();

}

3.4 Описание работы программы

Рис. 1. Главное меню программы.

На первом рисунке показано меню программы. С помощью клавиш “-” и “+” пользователь может передвигаться по пунктам меню и с помощью клавиши “Enter” выбрать необходимый пункт. При этом управление передается соответствующей подпрограмме которая выполняет функции соответствующие выбранному меню.

Рис. 2. Вид раздела “Теория и выполнение работы”

После выбора первого раздела меню “Теория и выполнение работы”, управление передается соответствующей подпрограмме которая показывает внешний вид установки. Результат работы показан на рис.2.



Рис. 3. Вид окна ввода параметров опыта.

При выборе пункта меню “Практика” управление передается подпрограмме выполняющей эмуляцию работы установки. Сначала с пользователем осуществляется диалог, в ходе которого он вводит параметры предстоящего опыта, см. рис.3.

Рис. 4. Визуализация опыта.

После ввода пользователем параметров опыта, эти данные передаются подпрограмме визуализирующей процесс протекания опыта. Результат работы подпрограммы представлен на рис.4.



Рис. 5. Визуализация процесса протекания опыта.

Первый шаг визуализации это закрытие крышки калориметра, что показывается ни рис.5.

Рис. 6. Визуализация подачи напряжения на катушку.

Следующим шагом протекания опыта является подача тока на катушку и нагревания следствии этого спирали которая нагревает заготовку.



Рис. 7. Визуализация окончания опыта- открытие крышки калориметра.

Следующим шагом опыта является выключение подачи тока к спирали вследствие чего спираль перестает нагревать болванку и затем открывается крышка калориметра для извлечения болванки из него (см.рис.7.).

Рис. 8. Извлечение болванки из калориметра.

Завершение опыта - извлечение болванки из калориметра и выдача результата опыта (см. Рис. 8.).



Рис. 9. Результат выбора пункта «Теория».

В результате выбора пункта меню «Теория» пользователю выводится текстовая информация описывающая установку и сам опыт как показано на рис.9.

Заключение

Достижение вычислительной техники за последнее время позволяют внедрять ее в те сферы жизнедеятельности человека, где ранее это было невозможно. Так острой проблемой отечественных школ является острая нехватка физических лабораторий и приборов. При этом, практически во всех школах республики имеются современные компьютерные классы, что позволяют решить проблемы отсутствия лабораторий и приборов путем создания виртуальных анимационных лабораторий.

Создавая анимационно - обучающие программы ученикам представляется возможность всесторонне изучить процессы и влияние, получать практические навыки по физике. Эксплуатация программного комплекса показала большой педагогический эффект, что доказывает актуальность данной тематики.

Список используемой литературы

Ливенцев Н.М. Практикум по физике для медицинских вузов. Москва 1972г.

М.М. Архангельский. Курс физики. Механика. Москва. 1975г.

А.К. Кикоин. Молекулярная физика. Наука. 1976г.

А.Ф. Шевченко, Е.А. Безденежных. Физика. 1978г.

А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.1987г.

М.А. Эссаулова и др. Руководство к лабораторным работам.

А.Н. Ремизов. Сборник задач по медицинской и биологической физике. 1987г.

О.Ф. Владимиров, Д.М. Ращупкин и др. Биофизика.

А.Н. Матвеев. Молекулярная физика. Высшая школа. Москва. 1981г.

А.Ф. Шевченко, Е.А. Безденежных. Физика.1978г.

Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Том 2. Термодинамика и молекулярная физика. Наука. 1975г.

Г.С. Ландсберга. Элементарный учебник физики. Том 1. Москва. 1973г.

Размещено на Allbest.ru