Кафедра ОТФ
Отчёт по лабораторной работе № 10.
По дисциплине: Физика
Тема: Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела.
Выполнил: студент группы НГ-10-1 ___________ /Белоусов А.П./
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: ассистент ___________ /Левин К.Л./
(подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
Цель работы:
1) определение температуры металлической проволоки при протекании через нее электрического тока;
2) измерение удлинения проволоки при нагревании;
3) определение показателя коэффициента термического расширения.
Краткое теоретическое содержание
В работе изучается явление термического расширения линейного твёрдого тела, при прохождении через него электрического тока.
В работе используются: регулируемый источник постоянного тока; два цифровых вольтметра постоянного тока; теплоизолированная труба; металлическая проволока; микрометрический индикатор.
Практически все физические параметры изменяются при изменении температуры тела. В данной работе экспериментально определяется коэффициент термического расширения твердого тела (металлической проволоки).
Связь между температурой тела и изменением его длинны задается формулой
[1]
где 
- коэффициент линейного расширения, 
- начальная длина тела, L o = 1 м.
Из формулы [1] следует, что для определения коэффициента необходимо знать начальную длину проволоки , изменение температуры 
и соответствующее изменение длины 
. Изменение длины проволоки можно непосредственно измерить при помощи микрометрического индикатора, а температуру непосредственно измерить невозможно. Поэтому в данной работе определение температуры проволоки производится по изменению ее сопротивления при нагревании (термический коэффициент сопротивления предполагается известным).
Зависимость сопротивления металла от температуры имеет вид:
[2]
Поскольку нагрев проволоки производится протекающим через нее электрическим током, зная падение напряжения на сопротивлении и силу тока, можно вычислить сопротивление проволоки:
[3]
Силу тока определяем по падению напряжения на эталонном сопротивлении, термическим коэффициентом сопротивления которого можно пренебречь.
При выполнении работы необходимо учитывать, что зависимость [1] выполняется в ограниченном интервале температур. При значительном нагреве удлинение проволоки превышает рассчитанное по формуле [1], проявляется эффект, аналогичный пластической деформации при значительном растяжении. Поэтому при обработке экспериментальных данных необходимо рассчитывать коэффициент по температурам, незначительно отличающимся от начальной.
Схема установки
1- теплоизолированная труба
2-исследуемая проволока из вольфрама
4-груз
5-микрометрический индикатор
7-нагрузочное сопротивление
8-регулируемый блок питания
9,10-цифровые вольтметры
11-переключатель на пульте, выбирающий величину нагрузочного сопротивления (10 Ом или 30 Ом)
12-пульт «Нагрев», позволяющий подключать/отключать ток в цепи
Предел измерения цифрового вольтметра надо выбирать минимально возможный, чтобы результат измерений содержал максимальное количество значащих цифр.
Микрометрический индикатор содержит две шкалы: внешнюю (большую) и внутреннюю (маленькую). Внешняя шкала имеет цену деления 1 мкм, один оборот внешней шкалы (100 мкм) соответствует одному делению внутренней шкалы. Один оборот внутренней шкалы соответствует перемещению 1 мм.
Расчетные формулы
1. Ток в цепи 
2. Начальное сопротивление ‘проволоки 
3. Температура, соответствующая каждому значению сопротивления
4. Изменение температуры
5.Коэффициент термического расширения (линейного) твердого тела 
Исходные данные
L0=1 м, 
Погрешности
∆I=0,01A
∆Uэт=0,01B
∆Uпр=0,001B
∆Lобщ=10-6м
1. 
2. 
3. 
Расчет результатов эксперимента
Ом
Таблица вычислений
| Величина | Iц | Uэт | Uпр | Rпр | t | L |
| Размерность | A | В | В | Ом | °С | мм |
| 0,2923 | 2,923 | 2,07 | 7,08 | 9,87 | 0,014 | |
| 0,5748 | 5,748 | 4,25 | 7,86 | 20,46 | 0,054 | |
| 0,8381 | 8,381 | 6,61 | 7,88 | 36,32 | 0,119 | |
| 1,1172 | 11,17 | 8,85 | 7,93 | 37,73 | 0,171 | |
| 1,4468 | 14,46 | 10,12 | 7,97 | 39,02 | 0,215 | |
| 1,8723 | 18,72 | 15,57 | 8,32 | 50,28 | 0,289 | |
| 2,4325 | 24,32 | 21,54 | 8,86 | 67,65 | 0,367 | |
| 2,9817 | 29,81 | 27,33 | 9,17 | 77,63 | 0,396 | |
| 3,8213 | 38,21 | 35,76 | 9,36 | 83,74 | 0,459 | |
| 4,7526 | 47,52 | 47,23 | 9,93 | 102,08 | 0,512 |
∆L=0,2596 мм
Окончательный результат
Вывод:
В данной работе сначала нужно было рассчитать температуру, так как непосредственно ее измерить невозможно, а удлинение проволоки можно непосредственно измерить при помощи микрометрического индикатора. После выполненных действий можно рассчитать коэффициент термического расширения (линейного) твердого тела, он равен .