Главная | Обратная связь

Вимірювання та обробка результатів

Теорія методу і опис приладів

Лінійне розширення твердих тіл при нагріванні характеризується величиною, яка називається лінійним коефіцієнтом теплового (термічного) розширення

, (1)

де – лінійний розмір тіла (наприклад, його довжина) при 0°С;
– лінійний розмір тіла при температурі °С.

У випадку теплового розширення стрижня, що мав довжину при 0°С, величина є його абсолютним видовженням при нагріванні до температури °С, а величина середнім значенням відносного видовження стрижня в інтервалі температур °С.

Якщо позначити – кімнатну температуру; – довжину стрижня при кімнатній температурі, а – довжина цього тіла, нагрітого до температури , котра перевищує кімнатну температуру, то з рівняння 1 матимемо

(2)

. (3)

Поділимо рівняння 2 на рівняння 3 і знайдемо вираз для лінійного коефіцієнта термічного розширення:

, (4)

який дозволяє визначити не маючи значення довжини стрижня при нулі градусів Цельсія.

Якщо віднімемо від третього рівняння друге, то одержимо інший вираз для :

, (5)

який практично еквівалентний виразу

(6)

внаслідок незначної різниці між і . При значенні для металів порядку 10^-5 К^-1 заміна виразу 5 на вираз 6 додасть відносну похибку у визначення , яка не перевищуватиме 5·10^-2 %, що цілком задовольняє вимогам до лабораторного фізичного експерименту. Тому в даній лабораторній роботі будемо розраховувати лінійний коефіцієнт термічного розширення металевого стрижня за формулою 6.

 

Опис установки

Установка складається з теплоізольованої зсередини керамічної труби 1 з латунним стрижнем 2, розташованим на її осі (рис. 1). Стрижень нагрівається з допомогою обмотки 3, виготовленої з високоомного дроту, кінці якого підведені до клем на керамічній трубі, що знаходиться на підставці.

Нагрівник живиться від клем джерела змінного струму 4 з вихідною напругою 36 В. Температура латунного стрижня визначається за показами мілівольтметра 5, до якого під’єднана термопара 6, спай котрої торкається латунного стрижня, калібровочного графіка термопари, поданого в кінці інструкції.

Один кінець латунного стрижня закріплений нерухомо, а інший при нагріванні може вільно переміщуватись. На вільному кінці стрижня закріплена дротина, за переміщенням якої визначають видовження стрижня при його нагріванні при допомозі мікроскопа 7 з окулярною шкалою. Зміщення дротини в полі зору мікроскопа відповідає абсолютному видовженню латунного стрижня.

Переміщенням тубуса мікроскопа 7 досягається одночасне чітке зображення відлікової риски (дротини) і відлікової шкали окуляра мікроскопа. При нагріванні досліджуваного латунного зразка відлікова риска переміщується на поділок шкали окуляра. Для знаходження видовження стрижня в міліметрах, необхідно кількість поділок шкали помножити на ціну поділки, яка дорівнює 0,05 мм.

 

 

Вимірювання та обробка результатів

1. Виміряти рулеткою початкову довжину стрижня від вузького місця на стрижні до кінця керамічної труби.

2. Одержати в полі зору мікроскопа чітке зображення шкали та відлікової риски. Записати поділку шкали, з якою збігається відлікова риска.

3. Перевірити з’єднання ізольованими провідниками клем нагрівника на керамічній трубі з клемами “0” і “36” на джерелі живлення.

4. Вставити вилку джерела живлення в розетку лабораторної мережі змінного струму напругою 220 В і ввімкнути тумблер на джерелі живлення.

5. В процесі нагрівання стрижня знімати покази мілівольтметра і відповідні цим температурам поділки шкали окуляра, з якими збігаються нові положення відлікової риски.

6. Провести не менше трьох вимірювань видовження стрижня при різних температурах і розрахувати відповідні значення довжини стрижня .

7. За даними дослідів розрахувати значення лінійного коефіцієнта термічного розширення, користуючись формулою 6.

8. Дані вимірювань занести до таблиці та обчислити похибки.

 

№ п/п	, м	, К		,К		, м	,	,	, %
									х
									х
									х
cер	х	х	х	х	х	х

 

Тестові завдання та контрольні запитання

1. Дати означення лінійного коефіцієнта термічного розширення, вказати одиниці його вимірювання.

2. Зобразити залежність потенціальної енергії взаємодії атомів від відстані між ними і довести збільшення середньої відстані між атомами при збільшенні температури.

3. Вказати причини теплового розширення твердих тіл.

4. Як зв’язані між собою коефіцієнти лінійного та об’ємного розширення для анізотропних та ізотропних тіл?

5. Вивести рівняння 4 і 5 для лінійного коефіцієнта термічного розширення.