II INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE OF YOUNG RESEARCHERS
23
Qafqaz University
18-19 April 2014, Baku, Azerbaijan
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В РАБОТАХ ФИЗИЧЕСКОГО ПРАКТИКУМА
ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКЕ
Умай ГАСЫМОВА, Нурлана БАЛИЕВА
Университета Гафгаз
bqasimov@qu.edu.az
АЗЕРБАЙДЖАН
Современное физическое образование в университетах включает систему лабораторного практикума как
обязательный компонент, который реализует принцип активного обучения. Использование такого компонента
органически сочетается с подходом, связанным с использованием компьютерных технологий как среды для
подготовки студентов физического факультета Университета “Qafqaz”, описанным в нашей недавней публикации
[1]. В университете “Qafqaz” на базе лабораторного практикума PASCO [2] оборудована современная лаборатория,
позволяющая студентам проводить экспериментальные исследования по механике, молекулярной физике, электро-
магнетизму и другим разделам физики. В соответствии с разработанными проектами, студенты проводят экспери-
ментальные исследования, обрабатывают и анализируют полученные данные с помощью построенных ими матема-
тических моделей, реализуя, таким образом, принцип активного обучения. В настоящей работе описан один из
таких проектов, реализованный студентами 3 курса физического факультета – исследование процесса установления
теплового равновесия сосуда с водой с окружающей средой и создание компьютерной модели этого процесса.
Постановка задачи. Имеется сосуд с водой, начальная температура которой (Т
0
), также как и температура
окружающей среды (T
env
), заданы условиями эксперимента. Задача состоит в экспериментальном определении
функциональной зависимости температуры воды от времени, в процессе установления теплового равновесия с
окружающей средой и построении численной модели процесса на основании закона охлаждения Ньютона. На
основе построенной модели и проведенного численного эксперимента предлагается определить минимальное
время, необходимое для охлаждения воды до заданной температуры при условии, что наряду с нагретой водой
имеется также небольшое заданное количество воды при температуре окружающей среды. Постановка задачи
сводится к определению момента времени после начала остывания сосуда с водой, когда следует частично
остывшую воду смешать с имеющейся холодной водой, добившись, таким образом, скорейшего охлаждения сосуда
с водой до заданной температуры.
Зависимость температуры воды в сосуде от времени в процессе охлаждения определяется экспериментально с
использованием оборудования PASCO, включающего “PASCO 750 Interface”, “Temperature Sensor (CI-6605)”, а
также программное обеспечение “Data Studio”, позволяющее отображать результаты измерений на экране
компьютерного монитора. Для проведения эксперимента был использован лабораторный сосуд с 200 мл воды,
нагретой до температуры кипения. Полученные результаты приведены на Рисунке 1.
Рис. 1. Фрагмент таблицы, содержащей данные о процессе остывания воды в сосуде и графическое представление данных.
|