• Nie Znaleziono Wyników

3. Graficzne opracowanie wyników pomiarów

3.1. Rysowanie wykresów

Wykresy najczêœciej rysujemy we wspó³rzêdnych kartezjañskich. Wykonujemy je rêcznie lub za pomoc¹ komputera.

Wykresy sporz¹dzane rêcznie rysujemy na papierze milimetrowym formatu A4 lub A5. Pierwsz¹ czynnoœci¹, jak¹ musimy wykonaæ jest dobór odpowiednich skal na osiach y oraz x.

Dobieraj¹c skale wykresu kierujemy siê nastêpuj¹cymi zasadami:

1. Wykres powinien obejmowaæ wszystkie (lub prawie wszystkie) punkty pomia-rowe.

2. Skale musz¹ byæ tak dobrane, aby format wykresu by³ zbli¿ony do kwadratu lub formatu papieru milimetrowego.

3. Dzia³ki skali wykresu wybieramy tak, aby mo¿na by³o ³atwo znaleŸæ wartoœci wspó³rzêdnych punktu (wartoœci wielkoœci mierzonych) – dzia³ki powinny mieæ „okr¹g³e” wartoœci (np. 5, 10, 20, 25 mm, nie zaœ 5,5; 10,6; 12 mm) i odpowiadaæ równie¿ „okr¹g³ym” wartoœciom wielkoœci mierzonych, np. 1, 2, 4, 5, 10 jednostek. Nale¿y unikaæ liczb 3 i 7 oraz ich wielokrotnoœci.

4. Pocz¹tek uk³adu wspó³rzêdnych wybieramy tak, aby wartoœci najmniejsze le¿a-³y w pobli¿u osi uk³adu (wykres nie musi zaczynaæ siê od zera!). Natomiast d³u-goœæ osi dobieramy tak, aby wartoœci maksymalne le¿a³y w pobli¿u ich koñców. Równoczesne spe³nienie wymagañ stawianych w punktach 2–4 wymaga pewnej wprawy. Osie uk³adu musz¹ byæ opisane. Obok osi nale¿y podaæ nazwê wiel-koœci lub powszechnie stosowany skrót oraz jednostki, np. I [mA], U [kV], l [mm], t [ms], T [K], natê¿enie œwiat³a [jednostki wzglêdne]. Dzia³ki g³ówne (odpowia-daj¹ce okr¹g³ym wartoœciom) powinny byæ równie¿ opisane. Przyk³ady popraw-nie i Ÿle dobranych skal i opisanych osi wykresów przedstawiono na rys. 3.1. Po przygotowaniu osi na wykres nanosimy punkty pomiarowe. Punkty te nie mog¹ byæ oznaczane kropkami, poniewa¿ podczas sporz¹dzania wykresu wiêkszoœæ z nich stanie siê niewidoczna. Kropki s³u¿¹ tylko do oznaczania po³o¿enia punktów

Rys. 3.1. Przyk³ady poprawnie i Ÿle dobranych i opisanych osi wykresów

le Dobrze

pomiarowych przed ich w³aœciwym oznaczeniem. Punkty pomiarowe zaznaczamy kó³kami, krzy¿ykami, trójk¹tami lub innymi figurami geometrycznymi tak, aby œrodek figury znalaz³ siê w miejscu o wspó³rzêdnych odpowiadaj¹cych dane-mu punktowi. Wielkoœæ figur oznaczaj¹cych punkty pomiarowe dobieramy tak, aby by³y dobrze widoczne (rys. 3.2). Zwróæmy uwagê na to, ¿e wynikiem eksperymentu s¹ punkty pomiarowe, nie zaœ krzywa, za pomoc¹ której te punkty po³¹czono!

Jeœli zamieszczamy na jednym wykresie kilka zale¿noœci, to punkty pomiarowe odpowiadaj¹ce poszczególnym zale¿noœciom powinny ró¿niæ siê wyraŸnie, a ich opis (legendê) nale¿y zamieœciæ pod wykresem lub na wolnej czêœci wykresu (czêœci wykresu, na której brak jest punktów pomiarowych).

Na wykres, oprócz punktów pomiarowych, nanosimy niepewnoœci pomiarów. Niepewnoœci zaznaczamy w postaci prostok¹ta niepewnoœci, którego œrodek le¿y

Rys. 3.2. Oznaczanie niepewnoœci pomiarów na wykresie

w punkcie pomiarowym, a boki s¹ równe podwójnej wartoœci niepewnoœci po-miaru. Zamiast prostok¹ta mo¿na nanieœæ krzy¿, którego odcinki pionowy i pozio-my maj¹ d³ugoœci odpowiadaj¹ce wartoœciom niepewnoœci pomiarów.

W przypadku du¿ej liczby punktów pomiarowych wystarczy zamieœciæ niepew-noœci pomiarów dla kilku punktów roz³o¿onych równomiernie na wykresie (w po-cz¹tkowej, œrodkowej i koñcowej czêœci lub na pocz¹tku i koñcu przedzia³u, w którym niepewnoœæ ma sta³¹ wartoœæ). Je¿eli niepewnoœci pomiarów s¹ mniejsze od rozmiarów figur oznaczaj¹cych punkty pomiarowe, to nie nanosimy ich na wykres, jednak¿e na wykresie lub pod nim powinna siê znaleŸæ odpowiednia informacja.

Rysuj¹c krzyw¹ odzwierciedlaj¹c¹ badan¹ zale¿noœæ, nale¿y pamiêtaæ, ¿e wiêk-szoœæ zjawisk obserwowanych w przyrodzie jest opisywana funkcjami g³adkimi (ró¿-niczkowalnymi), dlatego ³¹czenie punktów pomiarowych krzyw¹ ³aman¹ jest niedopuszczalne. Krzyw¹ rysujemy tak, aby przechodzi³a w pobli¿u mo¿liwie najwiêkszej liczby punktów i aby lokalnie liczba punktów le¿¹cych po obu jej stronach by³a jednakowa. Je¿eli zale¿noœæ miêdzy badanymi wielkoœciami jest li-niowa, to prost¹ rysujemy za pomoc¹ przeŸroczystej linijki, gdy zale¿noœæ jest nieliniowa korzystamy z przeŸroczystych krzywików. Obecnie dostêpne s¹ krzy-wiki wykonane z elastycznych materia³ów umo¿liwiaj¹ce dopasowanie ich kszta³tu do rysowanego wykresu.

Uwaga

Wykonuj¹c pomiary, których wyniki bêdziemy przedstawiali w formie wykresu, staramy siê tak zmieniaæ wartoœci wielkoœci mierzonych, aby odleg³oœci miêdzy punktami by³y w przybli¿eniu jednakowe. Zalecenie to jest s³uszne, je¿eli badana zale¿noœæ nie wykazuje osobliwoœci. Kiedy zale¿noœæ wykazuje osobliwoœæ (np. ostre

maksimum), z dala od niej punkty pomiarowe mog¹ le¿eæ rzadziej, natomiast w jej pobli¿u punkty pomiarowe powinny byæ wyznaczone gêœciej. Takie rozmieszczenie punktów pomiarowych pozwala dok³adnie okreœliæ wspó³rzêdne osobliwoœci (np. wspó³rzêdne maksimum). Przyk³ad poprawnie wykonanego wykresu zale¿noœci wykazuj¹cej maksimum przedstawiono na rys. 3.3.

Na wykresie mog¹ byæ zamieszczone dodatkowe informacje i oznaczenia potrzebne do dalszego opracowania wyników. Na rysunku 3.3 zaznaczono czê-stoœæ rezonansow¹, natê¿enie pr¹du przy tej czêstoœci oraz szerokoœæ po³ówkow¹ krzywej rezonansowej. Informacje te potrzebne s¹ do wyznaczenia dobroci uk³adu rezonansowego.

Rys. 3.3. Przyk³ad poprawnie wykonanego wykresu

Niekiedy jest wskazane narysowanie najbardziej interesuj¹cej czêœci wykresu w powiêkszeniu lub innej skali. Je¿eli na wykresie znajduje siê wolne miejsce, mo-¿emy je wykorzystaæ na zamieszczenie tego fragmentu. Rysuj¹c ten fragment nale-¿y pamiêtaæ o narysowaniu i opisaniu osi. Powiêkszona czêœæ nie mo¿e zas³aniaæ w³aœciwego wykresu (stanowi tylko jego uzupe³nienie – patrz rys. 3.4b).

3.1.1. Rysowanie wykresów we wspó³rzêdnych biegunowych

Wykresy, jak ju¿ wspomniano, najczêœciej rysujemy we wspó³rzêdnych kartezjañ-skich. Niekiedy wskazane jest jednak narysowanie wykresu w innym uk³adzie (np. uk³adzie biegunowym).

Przyk³adami takich wykresów s¹ charakterystyki kierunkowe ¿arówki lub Ÿród³a mikrofal – klistronu. Na takich wykresach najpierw wybieramy œrodek. Ze œrodka rysujemy promienie pod k¹tem, dla którego wykonano pomiar. D³ugoœæ promienia odpowiada wartoœci mierzonej. W sprzeda¿y s¹ gotowe papiery z naniesion¹ podzia³-k¹ podzia³-k¹tow¹ i równoodleg³ymi wspó³œrodkowymi okrêgami, przeznaczone do rysowa-nia wykresów we wspó³rzêdnych biegunowych.

Rysowanie wykresów we wspó³rzêdnych biegunowych sprawia niektórym stu-dentom sporo k³opotów, dlatego przedstawimy przyk³ad takiego wykresu.

Przyk³ad 25

Graficzne opracowanie wyników badania charakterystyki kierunkowej klistro-nu.Wyniki pomiarów przedstawiono poni¿ej.

α [°] 0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5

I [mA] 20,5 19,5 15,2 9,7 4,8 1,9 0,9 0,5

(Dok³adnoœæ pomiaru k¹ta ∆α = ±0,5°, pomiary pr¹du wykonano za pomoc¹ miliam-peromierza klasy 1. Trzy pierwsze pomiary pr¹du zosta³y wykonane na zakresie 30 mA, dwa kolejne na zakresie 10 mA, a pozosta³e na zakresie 3 mA).

Wykresy zale¿noœci natê¿enia pr¹du od kierunku we wspó³rzêdnych biegunowych i kartezjañskich przedstawiono na rys. 3.4a i 3.4c. Porównuj¹c rysunki 3.4a i 3.4c dochodzimy do wniosku, ¿e rys. 3.4a bardziej przemawia do naszej wyobraŸni i le-piej ilustruje rozk³ad k¹towy energii emitowanych mikrofal. Na rysunku 3.4b poda-no sposób napoda-noszenia niepewpoda-noœci pomiarów na wykresie we wspó³rzêdnych bie-gunowych. Nale¿y jednak zwróciæ uwagê, ¿e format rysunku 3.4a znacznie odbie-ga od kwadratu, a punkty pomiarowe przy wiêkszych k¹tach zlewaj¹ siê. Wykres przedstawiony na rys. 3.4c jest mniej pogl¹dowy, natomiast informacje o rozk³adzie k¹towym s¹ bardziej dok³adne.

Wybór uk³adu wspó³rzêdnych nale¿y do opracowuj¹cego wyniki pomiarów. Wybieraj¹c uk³ad wspó³rzêdnych, powinniœmy zwracaæ uwagê na pogl¹dowoœæ i przejrzystoœæ wykresu.

3.2. Odczytywanie wartoœci wielkoœci fizycznych z wykresów

Powiązane dokumenty