پیشگفتار
صنعت جدید ، مهندسی و تکنولوژی همبستگی بسیار نزدیک با علوم پایه دارد دانستن حقایق تعاملات و فرآیندهای صنعتی در گرو آگاهی خوب از قوانین علوم پایه است این آگاهیها صرفاً از متون کتابهای درسی و شنیدن درسهای نظری حاصل نمی شود مگر این که دانشجو خودش در آزمایشگاه دست به تحقیق و بررسی بزند تا به رازها و نهفته ها و دقایق اصول و قوانین فیزیک دست یابد .مهمترین هدف از کار در آزمایشگاه تحقیق مستقیم و تجربی قوانین نظری است . که دانشجو در کلاس در با آنها برخورد می کند و همه اینها به منظور درک همه جانبه تری از مفاهیم نظری به عمل می آید .برای نیل بدین مورد کسب مهارت در روش تجربی ضروری است .لذا در آزمایشگاههای علوم پایه که دانشجو برای نخستین بار با کارآزمایشگاهی روبرو می باشد بیشترین تکیه بر آموزش روش صحیح و دقیق تجربی و نتیجه گیری منطقی از نتایج آزمایش بر اساس قوانین نظری و برآورد کیفیت نتایج می باشد. تا تحقیق یک قانون بخصوص از آنجا که دانشجو پس از فراغت از تحصیل وارد بازار کار 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 کسب شده در مواجهه با شرایط و محیط جدید و متفاوت با محیط کلاس و درس و دانشگاه باشد .چرا که 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 کار درآزمایشگاه تلقی شود .آشنایی با محیط آزمایشگاه و مقررات مربوط به آن ضروری است لذا توصیه می شود به موارد زیر توجه فرمایید.
در اولین جلسه وورود به آزمایشگاه از محل وسایل ، کلید و پریز برق ، شیر آب ، جعبه کمکهای اولیه ، کپسول آتشنشانی و غیره آگاهی یافته و به خاطر بسپارید .
رعایت نکات انضباطی از شرایط اولیه کار دسته جمعی است همواره مواظب باشید تا مزاحمتی برای دیگران ایجاد نگردد .
محیط آزمایشگاه را تمیز نگه دارید.
پیش از حضوردر هر جلسه آزمایشگاه، مطالب مربوط به آن جلسه را از کتاب فیزیک و دستور کار آزمایشگاه فیزیک و با کتابهای جنبی مطالعه کرده و آمدگی لازم را برای انجام آزمایش کسب کنید .
از روز اول باید دفتر کار (و ماشین حساب )همراه داشته باشید و همه اطلاعات مفید را مطابق دستورهای داده شده در آن بنویسد .
برای انجام آزمایش هر یک از جلسات وسایل مورد نیاز را به طور کامل و سالم تحویل گرفته و در حین انجام آزمایش در حفظ و نگهداری آن کوشا باشید و پس از پایان آزمایشهای مربوط تمام وسایل را سالم تحویل دهید .
سعی کنید تمام افراد گروه در انجام آزمایشها شرکت داشته باشند .
چنانچه طرز استفاده صحیح از وسیله ای را نمی دانید آن را به کار نگیرید و در صورت لزوم از مربی آزمایشگاه کمک بگیرید .
در ضمن کار با ید مقررات ایمنی را رعایت کنید و مواظب باشید به خود و دستگاهها صدمه ای وارد نکنید چنانچه ضمن انجام آزمایش برایتان حادثه ای پیش آمد برای رفع آن به مربی یا مسئول آزمایشگاه مراجعه کنید .
در حین آزمایشها بهتر است که دانشجو فکر خود را به کار انداخته و سعی کند جواب سؤالهای پیش آمده را شخصاً و اگر نشد با مشورت همکاران خود و اگر باز هم نشد توسط مربی آزمایشگاه بدست آورد ولی این روش که دانشجو تا با سؤال و مشکلی مواجه گردید فوراً بخواهد آن را از دیگران بپرسد آموزنده نیست.
در حین اندازه گیری ها و آزمایشها از همان اول باید مراقب منابع خطای اندازه گیری بوده و سعی شود تا حد امکان از میزان خطاها کاسته شود .
در مواردی که احتمال وجود خطا زیاد است باید آزمایش را به دفعات لازم تکرار کرده و میانگین اندازه گیری های را بدست آورید تا از تأثیر خطاهای تصادفی کاسته گردد .
دانشجو در حین خروج از آزمایشگاه باید دفتر کار خود را به امضای مربی برساند تا اینکه مربی کار وی را بررسی نموده و اگر کم و کاستی روی داده باشد همانجا جبران شود .
تهیه گزارش کار
ارائه گزارش به مافوق و تدوین طرح و برنامه اجرایی و نحوه نظلرت بر چگونگی عملیات در سطوح پایین تر از ضروریات کار در مراکز صنعتی ، اداری و خدماتی است لذا تهیه گزارش کار آزمایشگاه می تواند تمرین خوبی برای این مقاصد باشد . از کلیه آزمایشهایی که مشاهده کرده و یا انجام داده اید گزارشی تهیه کنید که شامل موارد زیر باشد :
نام و نام خوانوادگی و شماره دانشجویی و …
رشته تحصیلی… روز و ساعت آزمایشگاه … تاریخ انجام آزمایش …
موضوع آزمایش …
هدف آزمایش …
وسایل لازم برای انجام آزمایش …
مطالب علمی مربوط به ازمایش به طور اختصار …
شرح نحوه انجام آزمایش …
اشکال مورد نیاز …
نمودار ، جداول و محاسبات لازم …
عوامل خطا و راههای کم کردن اثر آنها …
نتیجه حاصل از آزمایش …
مقایسه نتایج حاصل از آزمایش با مقادیر ایده آل که از نظریه حاصل می شود و نوشتن دلایل مطابقت و عدم مطابقت آنها …
نظرات و پیشنهادات …
پاسخ به پرسشهای دستور کار آزمایشگاه …
خطا (بیراهی )
برای اندازه گیری هر کمیتی باید آن را با مقداری از همان کمیت که به عنوان واحد انتخاب شده بسنجیم نسبت مقدار کمیت به واحد آن را اندازه یا مقدار عددی آن کمیت می نامند .اما معمولاً در خلال مقایسه ، دچار خطا می شویم که علت های گوناگونی دارد در زیر به اختصار این علل و عوامل را بررسی می کنیم :
عوامل خطا :
اغلب برای اندازه گیری یک کمیت می توان از ابزارهای مختلف با دقتهای مشخصی استفاده کرد .به عنوان نمونه ضخامت یک قطعه شیشه را می توان با یک خط کش با دقت میلی متر ،با کولیس 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 امکان 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 که 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 ترمودینامیکی بر جای بگذارد پس به طور خلاصه عوامل خطا به سه دسته زیر تقسیم می گردد :
خطای ابزار اندازه گیری
خطای انسان یا شخص اندازه گیرنده
خطای ناشی از عوامل محیطی
البته گاهی خطاهای تصادفی در اندازه گیریها وارد می شوند که که با چند بار اندازه گیری و گرفتن میانگین می توان تأثیر این خطاها را کم کرد .
خطای مطلق و خطای نسبی
همانگونه که گفته شد معمولاً اختلافی بین مقدار واقعی یک پارامتر مانند x و مقدار اندازه گیری شده xّ وجود دارد که 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 که به صورت زیر تعریف می شود .
خطای نسبی ، نسبت خطای مطلق به مقدار واقعی کمیت می باشد .
= = خطای نسبی
خطای مطلق x Δ کمیتی از جنس x و با تغییر واحد اندازه گیری x مقدار عددی آن تغییر می کند ولی خطای نسبیx Δ /x Δچون نسبت بین دو کمیت از یک جنس می باشد عدد مطلق است و مقدار عددی آن با تغییر واحد اندازه گیری x تغییر نمی کند خطای نسبی معمولاً برای مقایسه دقت در اندازه گیریها و محاسبات به کار می رود ولی چون همیشه عددی است از یک کوچکتر ، 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 فیزیک تفاوتی با هم دارند و آن تفاوت میزان دقت انها است چرا که 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 یک کمیت بیشتر باشد نشانگر این است که با دقت بیشتری اندازه گیری و محاسبه گردیده اما گاهی در نتیجه اعمال جبری که بر روی اعداد ، خصوصاً اعداد اعشاری انجام می شود ظاهراً تعداد ارقام با معنی حاصل ، کمتر یا زیادتر از اعداد اولیه است ولی در این موارد با ید تعداد ارقام با معنی حاصل آن عمل جبری را برابر با عددی که کمترین 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 که عدد اول یعنی 6/1 فقط تا یک رقم معنی دار تعریف شده با عمل گرد کردن حاصل ضرب این دو عدد 9/3 بیان می شود بنابراین اعمال جبری نیز می تواند خطاهایی را در نتیجه محاسبات واردکنند لذا روشهایی را برای محاسبه حد اکثرخطای وارد شده در نتیجه را بیان می داریم :
خطای حاصل جمع و خطای تفاضل چنانکه x=a+-b باشد خطای مطلق b,a به ترتیب a Δ وb Δخواهد بود ، در نتیجه مقداری که برای x بدست می آید به اندازه x Δاز مقدار واقعی آن اختلاف خواهد داشت که از رابطه زیر بدست می آید .
x +Dx = (a +Da) + (b + Db)
Dx = Da + Db
با توجه به این که حداکثر خطا مورد نظر است x به صورت زیر تعریف می شود .
و خطای نسبی برابر است با :
Dx = Da + Db
خطای حاصلضرب
چنانچه x= a*b باشد می توان نوشت .
x =Dx =(a+Da ) (b+Db) Dx = aDb + b. Da + DaDb
با چشم پوشی از آخرین جمله سمت راست رابطه بالا که در مقایسه با سایر جملات عدد کوچکی است ، خواهیم داشت .
Dx = a. Db + b. Da
و خطای نسبی برابر است با :
خطای خارج قسمت
اگر x باشد خواهیم داشت :
x +Dx = Dx = - x