Порядок выполнения работы

Лабораторная работа №11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕГО КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ МЕТОДОМ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

Цель работы – определить средний коэффициент линейного расширения твердых тел.

Приборы и принадлежности: прибор для определения линейного расширения тел (ПРТТ), индикатор, пробирка, термометр, штангенциркуль, металлические и стеклянный образцы, держатель.

Общие положения

Многочисленные опыты показывают, что твердые тела при нагревании увеличивают свои размеры. Это тепловое расширение. Количественно тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения.

Пусть тело длиной l при изменении температуры на градусов изменяет свою длину на . Средний коэффициент линейного расширения определяется соотношением:

, (1)

т.е. коэффициент линейного расширение численно равен относительному удлинению тела при повышении температуры на один градус. Он зависит от природы вещества и является обычно малой величиной порядка (10^-5 10^-6)К^-1. В зависимости от свойств тел может быть положительным и отрицательным.

Длина твердого тела l при температуре t может быть выражена через длину l ₀ при t=0⁰C. Из (1) следует, что:

l = l₀ (1+ t). (2)

Используя это уравнение, получим расчетную формулу для определения коэффициента линейного расширения.

Длина тела при температуре t₁

l₁ = l₀ (1+ t₁).

Длина тела при температуре t₂

l₂ = l₀ (1+ t₂).

Решая систему двух уравнений, получим:

,

где – удлинение тела.

В пределах не очень большого интервала температур (несколько сотен градусов) не зависит от температуры.

Метод Д.И. Менделеева состоит в том, что экспериментально определяется удлинение образца при нагревании его от начальной температуры t₁ до температуры t₂ кипения воды.

Описание экспериментальной установки

Для выполнения работы используется прибор для определения линейного расширения твердых тел ПРТТ.

Прибор состоит из корпуса 1, к которому крепится кожух защитный 2. Внутри кожуха установлен нагреватель. При проведении опытов в нагреватель помещается пробирка 3 с образцом 4. На корпусе прибора установлена стойка 5 с кронштейном 6 для индикатора малых перемещений 7. Кронштейн может поворачиваться вокруг оси стойки на 90⁰. На панели корпуса расположены индикаторная лампа 8 и кнопочный выключатель 9.

Образцы представляют собой цилиндрические стержни, выполненные из стали, алюминия и стекла.

Порядок выполнения работы

1. Заполнить пробирку на ¾ ее длины водой и измерить начальную температуру t ₁ воды лабораторным термометром.

2. Измерить длину l₁ образца штангенциркулем и поместить его в пробирку. Пробирку с водой и испытуемым стержнем поместить в нагреватель.

3. В поворотный кронштейн вставить индикатор, установить его над пробиркой и опустить шток (10) в углубление на торце стержня, зафиксировать индикатор винтом (11).

4. Совместить нулевое деление шкалы индикатора со стрелкой.

5. Включить нагреватель кнопкой выключателя и довести воду в пробирке до температуры кипения t ₂. При закипании воды испытуемый образец принимает температуру, равную температуре кипения воды.

6. Записать значение удлинения образца , сняв отсчет по шкале индикатора с ценой деления 0,01 мм, и выключить нагреватель кнопочным выключателем.

7. Индикатор на поворотном кронштейне отвести в сторону. Извлечь из прибора держателем нагретую пробирку с образцом. Заменить воду в пробирке холодной и поместить в пробирку другой образец. Выполнить измерения удлинения для трех образцов по пунктам 1-7 по три раза для каждого. Операции после помещения пробирки с образцом в нагреватель производить быстро и четко, чтобы температура образца не успела повыситься до момента установки нуля индикатора.

8. Вычислить коэффициенты линейного расширения для каждого образца.

9. Определить доверительный интервал для каждого образца. Результат записать в виде: К^-1

Контрольные вопросы и задания

1. Запишите формулу выражающую зависимость длины тела от температуры.

2. Каков физический смысл коэффициента линейного расширения? Укажите его единицы измерения.

3. От чего зависит коэффициент линейного расширения?

4. Как учитывается тепловое расширение твердых тел в технике?

5. Как изменяется плотность тел при их нагревании?

Литература

1. Кикоин Д.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1976, – 356с.

2. Физический практикум. – Мн.: изд-во «Университетское», 1986, – 352с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики.– М.: «ВШ», 2001. – 541 с.

Составила Тараш В. Н.