Кондуктометр что это такое: Кондуктометры и молочные продукты Или Зачем измерять электропроводимость в йогурте?

Кондуктометры и молочные продукты Или Зачем измерять электропроводимость в йогурте?

Регулярное употребление в пищу молочных продуктов обеспечивает многочисленные преимущества для здоровья человека – это, например, укрепление костей, стимулирование правильного пищеварения и снижение риска некоторых инфекций. Одним из самых популярных видов молочных продуктов, потребляемых во всем мире, является йогурт. В зависимости от желаемого содержания жира в готовом продукте, йогурт производится из молока, сливок или сухих молочных продуктов. При этом, в процессе изготовления йогурт подвергается анализу с помощью кондуктометра – современного прибора, измеряющего электрическую проводимость веществ. Вы спросите, какая же связь существует между йогуртом и электропроводимостью? Ответ на данный вопрос вы получите в этой статье.

От пастеризации до сгущения

Любые дополнительные ингредиенты йогурта, такие как стабилизаторы или подсластители, смешивают с молочным продуктом и нагревают полученную смесь для пастеризации. Чтобы эта процедура была эффективной, процесс нагревания должен проводиться при температуре около 93 °C (199.4 °F) в течение периода времени от 30 секунд до 30 минут. Из-за различий в содержании жира в молоке и сливках ингредиенты будут естественным образом отделяться после процесса пастеризации. Чтобы предотвратить это явление, смесь гомогенизируют. Гомогенизация, в свою очередь, включает в себя разрушение жировых «шариков» путем их дробления, что позволяет равномерно распределить частицы жира в смеси.

Следующим шагом в производстве йогурта является брожение (ферментация). Оно осуществляется в специальных резервуарах, которые нагревают до 45 °C (113 °F). Именно на стадии ферментации в смесь добавляются живые бактерии: в случае с йогуртом это Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus (термофильный стрептококк и болгарская палочка). Эти бактерии превращают сахар, естественным образом присутствующий в молоке, а также любой присутствующий в смеси добавленный подсластитель, в молочную кислоту. Молочная кислота отвечает за степень густоты йогурта, а также за его терпкий вкус. Продолжительность стадии ферментации обычно составляет от 6 до 20 часов, но в конечном итоге она зависит от типа производимого йогурта.

Как достичь «идеальной» ферментации

Электролитическая проводимость, обычно сокращенно обозначаемая как ЕС, представляет собой измерение способности веществ переносить электрический ток. Растворенные в том или ином растворе соли являются основными факторами, влияющими на его проводимость. Во время ферментации выработка молочной кислоты превращает коллоидный кальций и магний в их ионные формы. Ионы кальция и магния способны переносить ток через ферментированную основу йогурта, таким образом увеличивая ЕС. Таким образом, контролируя, как ЕС изменяется со временем, можно контролировать и ферментацию в партии йогурта и использовать полученные данные для определения момента, когда ферментация закончилась: после первоначального увеличения ЕС на старте процесса ферментации данная величина стабилизируется, что указывает на окончание выработки молочной кислоты и, как следствие, завершение процесса.

Контроль качества йогуртового продукта с помощью кондуктометра

Для измерения ЕС предназначен специальный прибор – кондуктометр (его также  называют ЕС метр). Впрочем, для дополнительного удобства использования производители предлагают на рынок многофункциональные измерители, с помощью которых можно определить не только ЕС, но также температуру раствора, его рН и другие характеристики, влияющие на технологический процесс и конечное качество.

Для определения момента, когда ферментация в йогуртовом продукте будет завершена, производителю йогуртов, к примеру, отлично подойдёт портативная модель «4 в одном» – мультимонитор рН/TDS/EC/Temp СОМ-300, выпускаемый производителем HM Digital.   Прибор весит всего 102 грамма, однако обладает стабильным качеством измерений, а также наделён удобным набором дополнительных функций – например, автокомпенсацией температуры. Кроме того прибором СОМ-300 можно воспользоваться, если клиенту важна водонепроницаемость ЕС метра: данная модель рассчитана на условия по классу IP67, где «6» обозначает пыленепроницаемость изделия, а «7» – возможность его погружения в воду на глубину до 1 метра. Показания электропроводимости отображаются на чётком ЖК-дисплее прибора. Энергоэффективность модели достигается функцией автоотключения при бездействии, также доступна простая цифровая калибровка прибора.

Ещё один популярный представитель измерителей «4 в одном» с тем же набором анализируемых параметров – это модель MW803 бренда Milwaukee. Этот прибор также обладает минимальным весом – 100 граммов, корпусом с классом защиты IP67, удобочитаемым монитором и АТС от 0 до 50 °C, что позволяет клиенту получить уверенность в том, что его показания EC будут соответствующим образом скорректированы с точки зрения температуры, ведь ферментация, как мы уже сказали, проводится при 45 °C.  

И, наконец, немаловажным фактом, влияющим на выбор ЕС тестера, является простота очистки и обслуживания измерительных электродов. Обе модели отвечают данному требованию: для получения постоянных и надежных показаний достаточно лишь промывать электроды дистиллированной водой.

По материалам блога компании Hanna Instruments

Как работают кондуктометры и их виды

Кондуктометр — изделие для измерения электропроводности водных и неводных растворов. На рынке предоставлен большой ассортимент. Приборы бывают нескольких видов, каждый из которых обладает своими характеристиками. Чтобы выбрать устройство, нужно знать, как оно работает, чем отличаются основные виды приспособления.

Как работают

Работают на основе электрохимического метода анализа. Метод основан на том, что различные растворы по-разному пропускают через себя электричество. Благодаря измерению электропроводности удается определить количество различных примесей в ней.

Приспособление позволяет быстро производить замеры. Можно производить оценку как питьевой, так и технической жидкости, засоления почв.

Популярны карманные кондуктометры. У них невысокая цена, небольшие габариты. Их можно взять с собой, чтобы произвести необходимый анализ.

Виды

Кондуктометры классифицируются, исходя из своего функционала. Бывают модели, имеющие термическую компенсацию или не имеющие ее. Ряд моделей обладает располагающим потенциалом, чтобы совершать самостоятельный выбор коэффициента температуры.

Устройства могут отличаться габаритами. Среди характеристик, на которые нужно обратить внимание при выборе приспособления, выделяют чувствительность измерения, присутствие термической компенсации. Если для человека присутствие термической компенсации не значится важным аспектом, то он может делать выбор в пользу наиболее простых вариантов устройства.

Подбор изделия должен осуществляться, исходя из поставленных задач, бюджета. На рынке можно найти как бюджетные бытовые, так профессиональные кондуктометры, которые отличаются своим функционалом и чувствительностью измерения.

Преимущества

При помощи данного приспособления удается произвести быстрое исследование различных жидкостей и определить, имеется ли критическое присутствие концентрации мицеллообразования. Изделие может использоваться для оценки качества дистиллированной воды, а также применяться для контроля за изменениями различных растворов. Среди преимуществ устройства выделяют:

• быстрый анализ;
• простоту;
• высокую точность.

При помощи кондуктометра можно производить анализ водопроводной жидкости, воды в скважинах, колодцах, аквариумах, бассейнах и т.д.

Компактные изделия работают от обычных батареек. Информация, полученная во время исследования, отображается на дисплее. Имеется возможность сохранять полученные данные для того, чтобы осуществлять мониторинг изменений после повторных измерений.

С каждым устройством крайне просто работать. После изучения инструкции каждый человек сможет произвести необходимые манипуляции для анализа. Прибор быстро включается и может браться с собой без каких-либо проблем. Он обладает высококачественным водонепроницаемым корпусом, индикацией заряда батареи и функцией автовыключения, поэтому устройство можно без страха использоваться при анализе жидкости.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Кондуктометр

Cтраница 2

Кондуктометры не имеют дозаторов; датчики ( измерительные ячейки) представляют собой простые и прочные конструкции. Обслуживание кондуктометров обычно не вызывает трудностей, проверка и наладка просты.
 [16]

Кондуктометры состоят из трех основных узлов: датчика с кондуктометрической ячейкой, измерительного преобразователя и вторичного прибора.
 [17]

Кондуктометр высокочастотный КВЧ-ВЗ предназначен для измерения удельной электропроводности, приведенной к рабочему значению температуры солевых суспензий. Разработаны кондуктометры КВЧ-2 для солевой суспензии, КВЧ-3 для хлороводородной кислоты, КВЧ-5 для серной кислоты.
 [18]

Кондуктометры состоят из электродной системы ( датчика) и вторичного прибора. Простейшим типом датчика является электролитическая ячейка ( сосуд с двумя электродами лз тонких платиновых пластин), которую заполняют испытываемым раствором.
 [19]

Кондуктометр ТХ2 / Р ( рис. 4 — 25) состоит из двух конструктивно обособленных узлов: первичного преобразователя и вторичного преобразователя.
 [20]

Кондуктометр ическое определение окиси углерода основано на том, что электропроводность разбавленного раствора едкой щелочи изменяется при поглощении двуокиси углерода.
 [21]

Кондуктометр собран по схеме четырех-плечевого уравновешенного моста. Прибор питается от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц через генератор, вмонтированный в установку. При этом частота повышается до 1150 Гц. Плечо сравнения имеет три декады сопротивлений.
 [22]

Кондуктометр собран по схеме уравновешенного четырехплечевого моста. Генератор, встроенный в прибор, дает частоту 1000 Гц. Область измеряемых сопротивлений составляет 100 — 90000 Ом. Плечи RI и 2 представляют постоянные сопротивления в 100 Ом. Плечо сравнения Кз является магазином сопротивлений типа Р-33. Предусмотрена балансировка моста по реактивной составляющей. При балансировке моста используется микроамперметр типа М-495, который включен через вы

Что такое кондуктометр?

Кондуктометр, обычно настольный или портативный электронный прибор, представляет собой лабораторное оборудование, также известное как измеритель проводимости. Он измеряет электрическую проводимость заряженных ионных растворов. Это лабораторное оборудование, прикрепленное кабелем к одиночному стержню или стержню в форме звездочки из различных материалов, по существу определяет и измеряет скорость передаваемой тепловой или тепловой энергии. Это устройство часто используется в экспериментальных и производственных целях.Иногда его называют количественным тепловым кондуктометром, он работает во многих областях, представляющих научный интерес, где важно изменение состояния жидкостей.

Ученый с мензурками

Иногда в определенных точках помещают датчики температуры, чтобы отметить мельчайшие разницы температур измеряемого жидкого раствора.Эти стержни состоят из множества материалов, таких как медь, алюминий, сталь и другие. Кондуктометр, часто оснащенный простой клавиатурой управления и цифровым считывателем, передает электрическое поле между электродами; он измеряет электромагнитное поведение заряженных ионов в жидкости. Изучение таких явлений, помогающее определить химические изменения и другие характеристики, известно как кондуктометрия.

Ионы — электрически заряженные частицы; Проще говоря, это атомы или молекулы, которые приобрели или потеряли один или несколько электронов. Это делает их чистые расходы положительными или отрицательными. Хотя ион может относиться к положительной или отрицательной частице, анион заряжен отрицательно, а катион — положительно.

Электрический заряд проходит между двумя электродами кондуктометра и создает электрическое поле.В этом поле частицы начинают перемещаться в соответствии со своими зарядами. Противоположности притягиваются; анионы перемещаются к аноду или положительно заряженному электроду. Катионы бегут к катоду, отрицательно заряженному электроду.

Кроме того, анодные и катодные выводы гальванических элементов или аккумуляторных батарей работают аналогично. Однако они заряжены отрицательно и положительно соответственно. Это может объяснить небольшую путаницу в отношении этих терминов.

Иногда само тестирование может повлиять на то, что оно измеряет; прохождение постоянного электрического тока через раствор может изменить его состав.Чтобы избежать поляризации вещества и создания новых слоев или других реакций, кондуктометр прикладывает переменное напряжение через свои электроды. Анализ вещества можно проводить с помощью встроенного микропроцессора. Иногда подставка поддерживает колбу с лабораторным оборудованием, чтобы облегчить прямые измерения. В качестве альтернативы некоторые настольные устройства имеют подпружиненный или поворотный кронштейн, аналогичный настольной лампе, который позволяет гибко размещать палочку над колбой.

Другая конструкция цилиндрического кондуктометра позволяет автономному устройству независимо плавать в растворе.Независимо от таких конструктивных различий, показания проводимости обычно отображаются как температура и диапазон в пределах указанных допусков. Одно показание дается как температурный коэффициент, который представляет собой своего рода числовую константу, взятую из свойства измерения; другие индикаторы могут включать разрешение и точность температуры.

Обычно кондуктометр может сравнивать удельную проводимость различных растворов.Например, проводимость разбавленного раствора можно сравнить с основным раствором. Это может помочь в распознавании факторов, изменяющих вещество, таких как влажность или рост бактерий.

Диссоциация или расщепление атомных частиц по существу превращает жидкость в электрический проводник.Это позволяет исследовать резистивные емкости, а также наносить значения проводимости на график, чтобы увидеть, как проводимость соответствует концентрации раствора. Такая технология помогает определять проводимость в любом случае, когда необходимо исследовать состав жидкостей. Это может помочь в мониторинге бактериального загрязнения в процессах пастеризации молока, для определения срока его годности, той маленькой даты, которая указана на упаковке молока. Дополнительные области применения включают обнаружение минералов и химический анализ, производство полупроводников и печатных схем, а также фармацевтических продуктов и многое другое.

Кондуктометрия

Бесплатная аптека

Кондуктометрия

ВВЕДЕНИЕ

Кондуктометрия — это измерение электропроводности раствора. Проводимость определяется как ток, протекающий через проводник. Другими словами, оно определяется как величина, обратная сопротивлению.Единицей измерения проводимости является Seimens (S), которая является обратной величиной Ома (Ω − 1). Этот метод в основном используется для определения физико-химических свойств соединений.

ПРИНЦИП

Главный принцип этого метода заключается в том, что движение ионов создает электропроводность. Движение ионов в основном зависит от концентрации ионов.

A + B− + C + D− AD + C + B−

где A + B− — раствор сильного электролита; C + D− — раствор реагента.

Здесь ионная концентрация A + определяется реакцией раствора электролита с раствором реагента, так что ионы A + заменяются ионами C +. Эта замена ионов другими ионами показывает увеличение или уменьшение проводимости. Это делается в основном за счет замены иона водорода другим катионом.

Ионы движения

ТЕОРИЯ

Теория в основном основана на законе Ома, который гласит, что ток (I) прямо пропорционален электродвижущей силе (E) и обратно пропорционален сопротивлению (R) проводника:

I = E / R

Проводимость определяется как величина, обратная сопротивлению. Сопротивление выражается следующим уравнением:

R = ρl / а

где ρ — удельное сопротивление; l — длина; а — площадь поперечного сечения однородного материала.

Следовательно,

С = 1 / R

= к / ла

где K — проводимость; l — длина; а — площадь поперечного сечения однородного материала.

Тогда молярная проводимость определяется как проводимость на 1 моль и выражается следующей формулой:

Λ = 1000 К / С

где K — проводимость; C — концентрация раствора в моль / л.

Раствор пробы помещается в ячейку, состоящую из платиновых электродов. Они калибруются с помощью известной электропроводности раствора, например стандартного раствора хлорида калия.

Константа ячейки определяется как проводимость ячейки:

R = ρl / а

где ρ — удельное сопротивление; l — длина; а — площадь поперечного сечения однородного материала.

Константа ячейки = удельная проводимость / наблюдаемая проводимость

Затем определяется постоянная ячейки путем подстановки значения удельной проводимости раствора N / 50 KCl при 25 ° C. Значение составляет 0,002765 mhos, которое дает Кольрауш.

Константа ячейки = 0,002765 / наблюдаемая проводимость

Методы измерения электропроводности

Проводимость раствора образца измеряется путем измерения сопротивления мостом Уитстона.

Следующие мосты используются для измерения проводимости:

• Мост Кольрауша: он состоит из проволочного моста AB с фиксированным сопротивлением R на обоих концах.Чтобы увеличить длину провода, он соединяется с коробкой сопротивлений R *, ячейкой проводимости C, головным телефоном D и небольшой индукционной катушкой I. Все они питаются от батареи.

• Наушники используются для обнаружения разницы в проводимости.

• Кольраушский мост

• Ячейка проводимости: Эти ячейки проводимости состоят из стекла. Их обычно используют погружением в раствор аналита. Он состоит из пары электродов, расположенных на постоянном расстоянии. В качестве кондуктометрических ячеек используются в основном три типа ячеек:

1. Тип A: состоит из электродов, расположенных на большом расстоянии, и используется для измерения высокой проводимости.

5. Ячейка кондуктометрическая

7. Тип B: в этом типе кювета погружается в раствор образца для измерения проводимости при титровании.

11. Ячейка кондуктометрическая

13. Тип C: в этом типе большие электроды размещаются на небольшом расстоянии. Ячейки этого типа в основном используются для измерения низкой проводимости. Они сделаны из стекла с платиновыми электродами.

17. Ячейка кондуктометрическая

АППАРАТ

Кондуктометрический аппарат состоит из следующего. Электроды изготовлены из платиновых листов. Эти электроды закреплены на постоянном расстоянии и запаяны в соединенных трубках. Чтобы избежать эффекта поляризации, эти электроды покрыты платиновым черным покрытием. Это делается с помощью 2–3% раствора платинохлористоводородной кислоты. Затем в кювету вводят 0,02–0,03 г раствора ацетата свинца. При прохождении тока платинохлористоводородная кислота подвергается электролизу, и электроды чернеют. Затем эти электроды многократно промывают дистиллированной водой и, наконец, водой с проводимостью.Вода с проводимостью — это вода, полученная обработкой дистиллированной воды небольшим количеством гидроксида натрия и перманганата калия. Здесь индукционная катушка используется для индукции тока.

МЕТОД

Раствор образца помещается в ячейку для измерения проводимости при постоянной температуре. Постоянная температура поддерживается с помощью термостата. Затем ячейка подключается к коробке резисторов R, и переменный ток пропускается через ячейку с помощью индукционной катушки. Затем электропроводность раствора измеряется по следующему уравнению:

Электропроводность раствора = 1 / сопротивление раствора

.

Кондуктометр

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗМЕРЕНИЕ ПРОВОДИМОСТИ

• Температура: проводимость электролита увеличивается с повышением температуры. Это происходит из-за подвижности ионов при повышении температуры.

• Концентрация раствора образца: Концентрация раствора обратно пропорциональна проводимости раствора образца.Проводимость уменьшается с увеличением концентрации. Следовательно, для измерения проводимости используются разбавленные растворы.

Лаборатория 5 Электропроводность водных растворов 1. Результаты обучения Калибровка кондуктометра. Для определения электропроводности использовать кондуктометр.

Презентация на тему: «Лаборатория 5« Электропроводность водных растворов »1. Результаты обучения Калибровать кондуктометр. Использовать кондуктометр для определения различных электропроводностей.»- стенограмма презентации:

1

Лаборатория 5 Электропроводность водных растворов 1

2

Результаты обучения Калибровка кондуктометра. Использовать кондуктометр для определения проводимости различных известных и неизвестных растворов. Использовать кондуктометр для определения общего количества растворенных твердых веществ в известных и неизвестных растворах. Оценить арифматическое соотношение между T.D.S. и проводимость 2

3

Электропроводность: это мера способности материала проводить электрический ток. Хорошие проводники имеют высокую проводимость. Электропроводность G измеряется в Сименсах (S). Это противоположность сопротивления. 3

4

Электропроводность  это свойство материала, а не свойство компонента. Итак, вы говорите о проводимости элемента «Медь», но о проводимости этого куска медного провода. Кусок провода имеет высокую проводимость, если он короткий и толстый.  Таким образом, проводимость куска провода зависит от 1. того, из чего он сделан (проводимость, σ) 2. его длины (длина l; чем длиннее провод, тем ниже проводимость) 3. его поперечного сечения площадь (площадь, A; чем больше площадь, тем выше проводимость. Обычно она представлена ​​как σ σ = Gl / A, единицы измерения для которого равны m / m 2 = S / m.4 Температурный зонд

5

ВСЕГО РАЗРЕШЕННЫЕ СОЛИДЫ Проводимость водного раствора сильно зависит от концентрации в нем растворенных солей, а иногда и других химических веществ, которые имеют тенденцию ионизироваться в растворе. Измерение электропроводности — это метод определения общего количества растворенных твердых веществ (T.D.S) в жидкости (воде). 5 См см -1 5,5 × 10-6 См см -1 Морская вода против деионизированной воды 5

6

Применение Т.D.S.  исследование качества воды в ручьях, реках и озерах.  указание характеристик питьевой воды. Измерение T.D.S. Гравиметрия и электропроводность. TDS рассчитывается путем преобразования ЕС в [0,5–1,0] раза, умноженного на ЕС. T.D.S = 0,6 X НАШИ НАСТРОЙКИ EC (T.D.S / EC = 0,6) 6

7

Калибровка кондуктометра. K ячейка = / G G: проводимость ячейки, содержащей раствор сравнения.(S) : проводимость раствора сравнения. (См / м) К ячейка: Постоянная ячейки, единица: м -1.  Известно, что водные растворы хлорида калия обладают достаточно точной проводимостью, чтобы их можно было использовать в справочных целях. 7

8

Рекомендации по использованию кондуктометра 1. в исследуемом растворе не содержится взвешенных твердых частиц. При необходимости фильтруйте. 2. Убедитесь, что в области ячейки между пластинами нет пузырьков воздуха.3. Убедитесь, что планшеты с ячейками полностью погружены в тестируемый раствор. 4. Тщательно промойте планшеты с ячейками в деионизированной воде после (каждого) использования и для кратковременного хранения погрузите ячейку в деионизированную воду. 5. Не пытайтесь очистить планшеты с ячейками никакими другими способами, кроме ополаскивания деионизированной водой. 6.Убедитесь, что вокруг пластин ячеек или на корпусе зонда не должно образовываться солевых отложений или твердых частиц, так как это может привести к более низкой проводимости, чем через раствор.Если такие отложения присутствуют, единственный способ избавиться от них — смочить ячейку деионизированной водой. 7. Убедитесь, что выбрана правильная температура для используемых рабочих процедур (если возможно). 8. Следуйте инструкциям на стр. 33-36 для правильного измерения. 8

9

Ваши задачи -… в группах не более 5 студентов 1- Откалибруйте кондуктометр: приготовьте 100 мл 0,01 М водного раствора хлорида калия из предоставленной исходной концентрации (3M).Сделайте необходимый расчет. 2- Подготовьте и измерьте электропроводность следующего: 1-деионизированная вода 2- сверхчистая вода 3- водопроводная вода 4- один непротонный органический растворитель по вашему выбору 5- один напиток по вашему выбору 6- один водный раствор органического соединения, приготовленный вами ( 250 мл), приготовьте любую концентрацию, которая не превышает 50 мг / л. 7 — один водный раствор неорганического соединения, приготовленный вами (250 мл), приготовьте любую концентрацию, которая не превышает 50 мг / л. 9

10

 Пример таблицы результатов: образец динатрий шнафат пуламинол Деионизированная H 2 O… (Real T.DS) концентрация [мг л -1] 18 мг / л 50 мг / л …… значение проводимости [ См см -1 или мСм см -1] 120 См / см62,5 См / см2,2  См / см… TDS показание [мг л -1 или г л -1] 20 мг / л 37,5 мг / л 1,4 мг / л… Фактическое значение TDS / соотношение ЕС 0,150. 80 н / год… ints Подсказки для вашего лабораторного отчета: — Показать расчеты , — Скопируйте константу ячейки — Ответьте на вопросы в лабораторном руководстве. 10

11

Оценка Краткое описание 4 балла Расчеты 3 балла Итоговое утверждение 1 балл Вопросы 2 балла 11

Lab Будьте готовы к….Примеры теплопередачи путем определения проводимости.

Презентация на тему: «Лаборатория: приготовьтесь к…. Примеры теплопередачи посредством проводимости определяют проводимость» — стенограмма презентации:

1

Лаборатория. Будьте готовы к…

2

Примеры теплопередачи за счет проводимости. Определение проводимости.

3

Примеры теплопередачи за счет теплопроводности Определение теплопередачи Теплопередача через прямой контакт при столкновении между более теплыми и более холодными частицами Горячий шоколад заставляет холодную ложку в чашке нагреться Горячий алюминиевый кубик нагревает холодную воду Обжигает палец, позволяя пламени спички коснуться его

4

Теплопроводность = мера того, насколько хорошо материал проводит тепло. Проводник: материал, через который тепло проходит (= проводит) легко; высокая теплопроводность Изолятор: материал, через который тепло проходит (= проводит) плохо; низкая теплопроводность В этом эксперименте мы будем измерять…

5

Примеры Хорошие тепловые (тепловые) проводники Хорошие тепловые (тепловые) изоляторы

6

Примеры Хорошие проводники тепла Хорошие теплоизоляторы Все металлы — одни лучше других Твердые вещества лучше жидкостей Пенополистирол, большинство пластиков Газы

8

Эксперимент Используйте кондуктометр ДВАЖДЫ –1-е: Наблюдайте, что происходит. Запишите наблюдения. Определите одно наблюдение, которое будет использоваться для ранжирования теплопроводности. –2-е: Тщательно запишите выбранное вами наблюдение для каждой спицы. Используйте ХОЛОДНЫЙ кондуктометр, а не тот же. Материалы: –Алюминий, Латунь, Сталь. , Никель или железо и медь

9

Al Латунь Сталь Ni Cu Толстая ручка Тонкая ручка Al = Алюминий Fe = Железо Ni = Никель Cu = Медь

Что такое конечно-элементный анализ и как он работает?

Анализ методом конечных элементов или FEA — это моделирование физического явления с использованием численного математического метода, известного как метод конечных элементов или FEM.Этот процесс лежит в основе машиностроения, а также множества других дисциплин. Это также один из ключевых принципов, используемых при разработке программного обеспечения для моделирования. Инженеры могут использовать эти МКЭ для уменьшения количества физических прототипов и проводить виртуальные эксперименты для оптимизации своих конструкций.

Для понимания физических явлений, происходящих вокруг нас, требуется сложная математика. К ним относятся такие вещи, как гидродинамика, распространение волн и термический анализ.

Анализ большинства этих явлений может быть выполнен с использованием уравнений в частных производных, но в сложных ситуациях, когда требуется несколько очень переменных уравнений, анализ методом конечных элементов является ведущим математическим методом.

СВЯЗАННЫЙ: ИЗУЧИТЕ 15 СТЕПЕНИ ИНЖЕНЕРИИ: ЧТО НАИБОЛЕЕ ПОДХОДИТ ДЛЯ ВАС?

История анализа методом конечных элементов

Истоки FEA восходят к известному математику Эйлеру в 16 веке. Однако более жесткое определение «FEA» восходит к первым упоминаниям метода еще в работах Шельбаха в 1851 году.

Анализ методом конечных элементов — это процесс, разработанный инженерами для решения проблем структурной механики в гражданском строительстве и в аэрокосмической отрасли.

Источник: Craig Bonsignore / Flickr

Это практическое намерение методологии означало, что с самого начала эти методы были разработаны как нечто большее, чем просто математическая теория. К середине 1950-х годов методы FEA стали достаточно продвинутыми, чтобы инженеры могли начать использовать их в реальных ситуациях.

Математические принципы FEA также полезны в других областях, таких как вычислительная гидродинамика или CFD. Ключевое отличие здесь в том, что метод FEA фокусируется на структурном анализе, а CFD — на гидродинамике.

Что влечет за собой выполнение FEA?

По сути, алгоритмы FEA интегрированы в программное обеспечение для моделирования, такое как Autodesk Inventor Nastran или набор программного обеспечения ANSYS.

Эти программы обычно интегрируются в программное обеспечение автоматизированного проектирования (САПР), что значительно упрощает инженерам переход от проектирования к выполнению сложного структурного анализа.

Для запуска моделирования FEA сначала создается сетка, содержащая миллионы мелких элементов, составляющих общую форму. Это способ преобразования трехмерного объекта в ряд математических точек, которые затем можно проанализировать. Плотность этой сетки может быть изменена в зависимости от сложности или простоты моделирования.

Вычисления выполняются для каждого отдельного элемента или точки сетки, а затем объединяются для получения общего окончательного результата для конструкции.

Поскольку расчеты выполняются на сетке, а не на всем физическом объекте, это означает, что между точками требуется некоторая интерполяция. Эти приближения обычно находятся в пределах того, что необходимо. Точки сетки, в которых данные известны математически, называются узловыми точками и обычно группируются вокруг границ или других областей изменения в дизайне объекта.

FEA может также применяться для термического анализа материала или формы.

Например, если вы знаете температуру в одной точке объекта, как бы вы могли определить точную температуру в других точках объекта в зависимости от времени? Используя метод FEA, эти точки можно аппроксимировать с использованием различных режимов точности. Есть квадратное приближение, полиномиальное приближение и дискретное приближение. Каждый из этих методов становится более точным и сложным.

Если вас действительно интересует интенсивная математическая сторона FEA, прочтите этот пост от SimScale, в котором подробно рассказывается о деталях.

Вычислительная гидродинамика

Другой тип МКЭ, о котором мы упоминали ранее, — это вычислительная гидродинамика, который требует изучения того, как он используется.

Ядро CFD основано на уравнениях Навье-Стокса, которые исследуют однофазные потоки жидкости. В начале 1930-х годов ученые и инженеры уже использовали эти уравнения для решения жидкостных задач, но из-за нехватки вычислительной мощности уравнения были упрощены и уменьшены до двух измерений.

Хотя эти первые практические приложения гидродинамического анализа были примитивными, они уступили место тому, что вскоре стало важным инструментом моделирования.

В первые годы решение задач CFD требовало упрощения уравнений до такой степени, что их можно было решать вручную. Ни в коем случае не средний инженер использовал эти вычисления; скорее, вплоть до конца 1950-х годов CFD оставалась в основном теоретической и исследовательской практикой. Как вы, наверное, догадались, в 1950-х годах вычислительная технология улучшилась, что позволило разрабатывать алгоритмы для практического CFD.

Первая функциональная компьютерная имитационная модель CFD была разработана командой из Национальной лаборатории Лос-Аламоса в 1957 году.Команда потратила большую часть 10 лет, работая над этими вычислительными методами, которые создали ранние модели для большей части основы современных программ, охватывающих функцию завихренности в потоке до анализа частиц в ячейках.

К 1967 году компания Douglas Aircraft разработала работающий метод трехмерного анализа CFD. Анализ был довольно простым и был разработан для потока жидкости над профилями. Позже он стал известен как «панельный метод», так как анализируемая геометрия была значительно упрощена, чтобы упростить вычисления.

С этого момента история CFD в значительной степени основана на инновациях в математике и компьютерном программировании.

Уравнения полного потенциала были включены в методологию Boeing в 1970-х годах. Уравнения Эйлера для трансзвуковых потоков были включены в коды в 1981 году. Несмотря на то, что ранняя история CFD созрела с развитием, компании, участвовавшие в разработке этой технологии, также были заметны. Двумя ключевыми игроками в развитии методов вычислений для CFD были НАСА и Boeing.

К 1990-м годам, однако, технологии и вычислительные возможности стали настолько развитыми, что автопроизводители также увидели применение CFD в автомобильном дизайне. GM и Ford переняли эту технологию в 1995 году и начали производить автомобили, которые были намного более аэродинамичными по сравнению с квадратными фургонами прошлого.

История CFD пронизана громкими именами в отрасли, каждая из которых превратила анализ CFD в один из крупнейших доступных инструментов моделирования.

Для многих современных инженеров понимание сложной математики CFD не является необходимым для проведения моделирования.Инструменты используются не только экспертами в области гидродинамики и математики, но теперь к ним может получить доступ и обычный инженер, имеющий практически любой уровень квалификации.

Не знаю, как вы, но иметь доступ к одному из самых мощных с математической точки зрения программных средств анализа моделирования в качестве обычного инженера — это довольно круто.

Вместе алгоритмы FEA и CFD, встроенные в современные инструменты САПР, дают инженерам доступ к тому, что по сути является математическими сверхспособностями.

Что такое качественное исследование? | Методы и примеры

Качественное исследование включает сбор и анализ нечисловых данных (например,g., текст, видео или аудио), чтобы понять концепции, мнения или опыт. Его можно использовать для глубокого понимания проблемы или генерации новых идей для исследования.

Качественное исследование противоположно количественному исследованию, которое включает в себя сбор и анализ числовых данных для статистического анализа.

Качественные исследования обычно используются в гуманитарных и социальных науках, таких как антропология, социология, образование, науки о здоровье, история и т. Д.

Примеры вопросов для качественного исследования

• Как социальные сети влияют на образ тела у подростков?
• Как дети и взрослые понимают здоровое питание в Великобритании?
• Какие факторы влияют на удержание сотрудников в крупной организации?
• Как во всем мире переживают беспокойство?
• Как учителя могут интегрировать социальные вопросы в учебные программы по естествознанию?

Подходы к качественным исследованиям

Качественное исследование используется для понимания того, как люди воспринимают мир.Хотя существует множество подходов к качественному исследованию, они, как правило, отличаются гибкостью и сосредоточены на сохранении богатого смысла при интерпретации данных.

Общие подходы включают обоснованную теорию, этнографию, исследования действий, феноменологические исследования и повествовательные исследования. Они имеют некоторое сходство, но подчеркивают разные цели и перспективы.

Качественные методы исследования

Каждый из исследовательских подходов предполагает использование одного или нескольких методов сбора данных. Вот некоторые из наиболее распространенных качественных методов:

• Наблюдения: записывают то, что вы видели, слышали или встречали, в подробных полевых заметках.
• Интервью: лично задает людям вопросы в беседах один на один.
• Фокус-группы: задают вопросы и инициируют обсуждение в группе людей.
• Опросы: раздача анкет с открытыми вопросами.
• Вторичное исследование: сбор существующих данных в виде текстов, изображений, аудио- или видеозаписей и т. Д.

Пример исследования Чтобы изучить культуру крупной технологической компании, вы решаете применить этнографический подход. Вы работаете в компании несколько месяцев и используете разные методы сбора данных:

• Вы делаете полевые заметки с наблюдениями и размышляете над собственным опытом корпоративной культуры.
• Вы рассылаете открытые опросы сотрудникам во всех офисах компании по электронной почте, чтобы узнать, меняется ли культура в разных местах.
• Вы проводите подробные интервью с сотрудниками в своем офисе, чтобы узнать об их опыте и перспективах более подробно.

Качественные исследователи часто считают себя «инструментами» в исследованиях, потому что все наблюдения, интерпретации и анализы фильтруются через их личную линзу.

По этой причине при составлении методологии качественного исследования важно обдумать свой подход и подробно объяснить свой выбор при сборе и анализе данных.

Качественный анализ данных

Качественные данные могут принимать форму текстов, фотографий, видео и аудио. Например, вы можете работать со стенограммами интервью, ответами на опрос, полевыми заметками или записями из естественных условий.

Большинство типов качественного анализа данных разделяют одни и те же пять шагов:

1. Подготовьте и систематизируйте свои данные. Это может означать расшифровку интервью или напечатание полевых заметок.
2. Просмотрите и исследуйте свои данные.