تحقیق مستقیم و تجربی قوانین نظری در آزمایشگاه1

مهمترین هدف از كار در آزمایشگاه تحقیق مستقیم و تجربی قوانین نظری است . كه دانشجو در كلاس در با آنها برخورد می كند و همه اینها به منظور درك همه جانبه تری از مفاهیم نظری به عمل می آید .برای نیل بدین مورد كسب مهارت در روش تجربی ضروری است .لذا در آزمایشگاههای علوم پایه كه دانشجو برای نخستین بار با كارآزمایشگاهی روبرو می باشد بیشترین تكیه بر آموزش روش صحیح و دقیق تجربی و نتیجه گیری منطقی از نتایج آزمایش بر اساس قوانین نظری و برآورد كیفیت نتایج می باشد. تا تحقیق یك قانون بخصوص از آنجا كه دانشجو پس از فراغت از تحصیل وارد بازار كار و صنعت می شود تا از اندوخته های علمی خود بهره برداری عملی نماید از این رو دروس عملی من جمله آزمایشگاه می تواند عرصه خوبی برای سنجش میزان آموخته های نظری و توانایی بهره گیری از اطلاعات كسب شده در مواجهه با شرایط و محیط جدید و متفاوت با محیط كلاس و درس و دانشگاه باشد .چرا كه جامعه خواستار دانش و توانمندیهای عملی است نه صرفاً اطلاعات علمی دروس عملی می تواند پل ارتباطی خوبی میان این دو برقرار نماید و این امر نیز می تواند هدف دیگر كار درآزمایشگاه تلقی شود .آشنایی با محیط آزمایشگاه و مقررات مربوط به آن ضروری است لذا توصیه می شود به موارد زیر توجه فرمایید.

1. در اولین جلسه وورود به آزمایشگاه از محل وسایل ، كلید و پریز برق ، شیر آب ، جعبه كمكهای اولیه ، كپسول آتشنشانی و غیره آگاهی یافته و به خاطر بسپارید .
2. رعایت نكات انضباطی از شرایط اولیه كار دسته جمعی است همواره مواظب باشید تا مزاحمتی برای دیگران ایجاد نگردد .
3. محیط آزمایشگاه را تمیز نگه دارید.
4. پیش از حضوردر هر جلسه آزمایشگاه، مطالب مربوط به آن جلسه را از كتاب فیزیك و دستور كار آزمایشگاه فیزیك و با كتابهای جنبی مطالعه كرده و آمدگی لازم را برای انجام آزمایش كسب كنید .
5. از روز اول باید دفتر كار (و ماشین حساب )همراه داشته باشید و همه اطلاعات مفید را مطابق دستورهای داده شده در آن بنویسد .
6. برای انجام آزمایش هر یك از جلسات وسایل مورد نیاز را به طور كامل و سالم تحویل گرفته و در حین انجام آزمایش در حفظ و نگهداری آن كوشا باشید و پس از پایان آزمایشهای مربوط تمام وسایل را سالم تحویل دهید .
7. سعی كنید تمام افراد گروه در انجام آزمایشها شركت داشته باشند .
8. چنانچه طرز استفاده صحیح از وسیله ای را نمی دانید آن را به كار نگیرید و در صورت لزوم از مربی آزمایشگاه كمك بگیرید .
9. در ضمن كار با ید مقررات ایمنی را رعایت كنید و مواظب باشید به خود و دستگاهها صدمه ای وارد نكنید چنانچه ضمن انجام آزمایش برایتان حادثه ای پیش آمد برای رفع آن به مربی یا مسئول آزمایشگاه مراجعه كنید .
10. در حین آزمایشها بهتر است كه دانشجو فكر خود را به كار انداخته و سعی كند جواب سؤالهای پیش آمده را شخصاً و اگر نشد با مشورت همكاران خود و اگر باز هم نشد توسط مربی آزمایشگاه بدست آورد ولی این روش كه دانشجو تا با سؤال و مشكلی مواجه گردید فوراً بخواهد آن را از دیگران بپرسد آموزنده نیست.
11. در حین اندازه گیریها و آزمایشها از همان اول باید مراقب منابع خطای اندازه گیری بوده و سعی شود تا حد امكان از میزان خطاها كاسته شود .
12. در مواردی كه احتمال وجود خطا زیاد است باید آزمایش را به دفعات لازم تكرار كرده و میانگین اندازه گیری های را بدست آورید تا از تأثیر خطاهای تصادفی كاسته گردد .
13. دانشجو در حین خروج از آزمایشگاه باید دفتر كار خود را به امضای مربی برساند تا اینكه مربی كار وی را بررسی نموده و اگر كم و كاستی روی داده باشد همانجا جبران شود .

تهیه گزارش كار

ارائه گزارش به مافوق و تدوین طرح و برنامه اجرایی و نحوه نظلرت بر چگونگی عملیات در سطوح پایین تر از ضروریات كار در مراكز صنعتی ، اداری و خدماتی است لذا تهیه گزارش كار آزمایشگاه می تواند تمرین خوبی برای این مقاصد باشد . از كلیه آزمایشهایی كه مشاهده كرده و یا انجام داده اید گزارشی تهیه كنید كه شامل موارد زیر باشد :

1. نام و نام خوانوادگی و شماره دانشجویی و …
2. رشته تحصیلی… روز و ساعت آزمایشگاه … تاریخ انجام آزمایش …
3. موضوع آزمایش …
4. هدف آزمایش …
5. وسایل لازم برای انجام آزمایش …
6. مطالب علمی مربوط به ازمایش به طور اختصار …
7. شرح نحوه انجام آزمایش …
8. اشكال مورد نیاز …
9. نمودار ، جداول و محاسبات لازم …
10. عوامل خطا و راههای كم كردن اثر آنها …
11. نتیجه حاصل از آزمایش …
12. مقایسه نتایج حاصل از آزمایش با مقادیر ایده آل كه از نظریه حاصل می شود و نوشتن دلایل مطابقت و عدم مطابقت آنها …
13. نظرات و پیشنهادات …
14. پاسخ به پرسشهای دستور كار آزمایشگاه …

خطا (بیراهی )

برای اندازه گیری هر كمیتی باید آن را با مقداری از همان كمیت كه به عنوان واحد انتخاب شده بسنجیم نسبت مقدار كمیت به واحد آن را اندازه یا مقدار عددی آن كمیت می نامند .اما معمولاً در خلال مقایسه ، دچار خطا می شویم كه علت های گوناگونی دارد در زیر به اختصار این علل و عوامل را بررسی می كنیم :

عوامل خطا :

اغلب برای اندازه گیری یك كمیت می توان از ابزارهای مختلف با دقتهای مشخصی استفاده كرد .به عنوان نمونه ضخامت یك قطعه شیشه را می توان با یك خط كش با دقت میلی متر ،با كولیس با دقت دهم میلی متر و با ریز سنج با دقت صدم میلی متر اندازه گرفت پس هر چه از ابزار دقیق تری استفاده شود معمولاً دقت اندازه گیری بیشتر خواهد بود اما دقت ابزار اندازه گیری محدود می باشد و به طبع آن امكان خطا نیز وجود دارد و این عامل را خطای ابزار اندازه گیری می نامیم از طرفی دقت شخص اندازه گیر نیز عامل دیگری محسوب می گردد كه برای مثال عمود بودن خط دید شخص بر خط دماسنج می تواند دقت را افزایش دهد و عدم توجه به این امر باعث افزایش خطا می گردد همچنین عوامل محیطی می تواند بر دقت اندازه گیری تأثیر گذار باشند .برای نمونه دمای محیط می تواند تأثیر مستقیمی بر اندازه گیریهای ترمودینامیكی بر جای بگذارد پس به طور خلاصه عوامل خطا به سه دسته زیر تقسیم می گردد :

1. خطای ابزار اندازه گیری
2. خطای انسان یا شخص اندازه گیرنده
3. خطای ناشی از عوامل محیطی

البته گاهی خطاهای تصادفی در اندازه گیریها وارد می شوند كه كه با چند بار اندازه گیری و گرفتن میانگین می توان تأثیر این خطاها را كم كرد .

خطای مطلق و خطای نسبی 

همانگونه كه گفته شد معمولاً اختلافی بین مقدار واقعی یك پارامتر مانند x    و مقدار اندازه گیری شده xّ وجود دارد كه آن را خطای مطلق می نامند .

خطای مطلق = x –x = Dx

اما در عمل برای مقایسه دقت در اندازه گیری از عبارت دیگری به نام خطای نسبی استفاده می گردد كه به صورت زیر تعریف می شود .خطای نسبی ، نسبت خطای مطلق به مقدار واقعی كمیت می باشد .

                                                            =  = خطای نسبی

خطای مطلق  x Δ كمیتی از جنس x  و با تغییر واحد اندازه گیری x  مقدار عددی آن تغییر می كند ولی خطای نسبیx Δ/x Δچون نسبت بین دو كمیت از یك جنس می باشد عدد مطلق است و مقدار عددی آن با تغییر واحد اندازه گیری x     تغییر نمی كند خطای نسبی معمولاً برای مقایسه دقت در اندازه گیریها و محاسبات به كار می رود ولی چون همیشه عددی است از یك كوچكتر ، بیشتر آن را به صورت درصد محاسبه نموده و آن را درصد خطا می نامند با در دست داشتن خطای نسبی ،درصد خطا به صورت زیر محاسبه می شود .

                                                      100 *خطای نسبی =در صد خطا

برآورد حساب خطاها

 سه عدد 64/3 ، 640/3 ، 6400/3 از نظر ریاضی برابر ولی از نظر فیزیك تفاوتی با هم دارند و آن تفاوت میزان دقت انها است چرا كه عدد اول تا دو رقم معنی دار ، عدد دوم تا سه رقم و عدد سوم تا چهار رقم معنی دار دقت دارد .لذا هر چه ارقام معنی دار یك كمیت بیشتر باشد نشانگر این است كه با دقت بیشتری اندازه گیری و محاسبه گردیده اما گاهی در نتیجه اعمال جبری كه بر روی اعداد ، خصوصاً اعداد اعشاری انجام می شود ظاهراً تعداد ارقام با معنی حاصل ، كمتر یا زیادتر از اعداد اولیه است ولی در این موارد با ید تعداد ارقام با معنی حاصل آن عمل جبری را برابر با عددی كه كمترین تعداد رقم های معنی دار را دارد ، در نظر گرفت . برای مثال حاصل ضرب دو عدد 6/1 و 43/2 ظاهراً 888/3 بدست می اید و لی از آنجا كه عدد اول یعنی 6/1 فقط تا یك رقم معنی دار تعریف شده با عمل گرد كردن حاصل ضرب این دو عدد 9/3 بیان می شود بنابراین اعمال جبری نیز می تواند خطاهایی را در نتیجه محاسبات واردكنند لذا روشهایی را برای محاسبه حد اكثرخطای وارد شده در نتیجه را بیان می داریم :

1. خطای حاصل جمع و خطای تفاضل چنانكه x=a+-b باشد خطای مطلق b,a به ترتیب a  Δ وb Δخواهد بود ، در نتیجه مقداری كه برای x بدست می آید به اندازه  x Δاز مقدار واقعی آن اختلاف خواهد داشت كه از رابطه زیر بدست می آید .