Измерение и обработка результатов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОВОГО ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ

ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Цель работы: познакомиться с одним из практических методов определения коэффициента линейного расширения твердого тела.

Литература: 1. Пёрышкин А.В., Курс физики, т.2.М., `Просвещение`, 1969г., стр. 123-124.

2. Фриш С.Е. и Тиморева А.В.,`Курс общей физики`, М. Госиздат физмат литературы, 1959г., стр.119-122.

Приборы и принадлежности: прибор Менделеева, индикатор, электроплитка,

стальная и латунная трубки, линейка.

Введение

Большинство тел при повышении температуры увеличивают свои размеры. При нагревании тела, имеющего первоначальную длину l его относительное удлинение пропорционально изменению dt

(1)

где - коэффициент пропорциональности, который называется коэффициентом линейного расширения. Коэффициент линейного расширения определяет относительное удлинение тела при изменении температуры на один градус. Практически при небольших изменениях температуры коэффициент линейного расширения изменяется незначительно, поэтому для расчётов можно пользоваться величиной среднего коэффициента линейного расширения:

(2)

где t₁ и t₂ - начальная и конечная температура тела, l₁ и l₂ - длина тела, соответствующая этим температурам.

Длина тела при любой температуре может быть выражена через длину при 0˚С. Из формулы (1) следует, что:

(2')

Описание экспериментальной установки

Для определения коэффициента линейного расширения в настоящей работе применяется метод, основанный на измерении удлинений цилиндрических трубок из различных металлов при их нагревании. Этот метод был разработан Д.И. Менделеевым.

Используемый в работе прибор состоит из пластмассовой подставки, на которой укреплены две металлические стойки с отверстиями для установки испытуемых металлов (рис. 1).

рис. 1.

Одни стойка имеет боковую муфту для установки индикатора, которая снабжена винтом для закрепления трубки. На одном из концов трубки укреплена массивная пластинка из того же металла, из которого изготовлена трубка.

Измерение удлинения трубки при нагревании производится с помощью индикатора стрелочного типа.

Индикатор (рис. 2) с рычажным механизмом относится к точным измерительным приборам, применим при измерении небольших изменений длин тел, не превышающих 10 мм. Индикатор имеет стрелку-указатель и циферблат с двумя шкалами для измерения удлинения и укорочения тела. Один полный оборот стрелки соответствует перемещению конца стержня на 1 мм. Число полных оборотов указателя определяется оказаниями малой стрелки.

рис. 2.

Измерение и обработка результатов

Проверяют надёжность установки индикатора на муфте. Освободив на стойке винт для закрепления трубки, передвигают массивную пластинку к стойке до тех пор, пока малая стрелка индикатора не станет между вторым и третьим делением. В этом положении закрепляют трубку на стойке. Затем поворотом ободка корпуса индикатора (по ходу часовой стрелки) устанавливают стрелку-указатель на нулевом значении шкалы.

Масштабной линейкой измеряют при температуре t1 длину трубки l1 от точки закрепления винтом на стойке до массивной пластинки (t1 - температура окружающей среды). Затем пропускают через трубку пар, соединив последнюю с парообразователем. Постепенно её длина будет увеличиваться от нулевого деления против часовой стрелки.

Когда трубка нагреется до температуры пара t2, дальнейшее её удлинение прекратится и указатель индикатора установится против одного из делений шкалы.

Для определения удлинения трубки l = l2 - l1 надо произвести отсчёты показаний малой стрелки n1 и стрелки-указателя n2 (по красной шкале), умножив показания последней на цену деления шкалы С, указанную на индикаторе:

мм.

Температуру пара t₂ определяют по формуле:

где Н - атмосферное давление, измеренное по барометру в мм.рт.ст.

Данные опыта записывают в таблицу, а затем подставляют в формулу (1) и определяют коэффициент линейного расширения материала трубки.

Опыт полностью повторяют со второй трубкой.

материал	t10C	t10C	l1, мм	l1, мм	t2 0C	t20C	( l)	l,мм
латунь
сталь

Контрольные вопросы

1.Выведите формулу (1) для определения коэффициента линейного расширения.

2. Почему нельзя пользоваться формулой (2) для определения коэффициента линейного расширения в условиях опыта?

3. В каких единицах измеряется коэффициент линейного расширения в системе СИ?

4. Все ли тела при нагревании расширяются? Если не все, то приведите примеры твёрдых тел, которые при нагревании сужаются.

5. Почему в большой мороз лёд на водоёмах трескается?

Брянский государственный университет

имени академика И.Г.Петровского

Лабораторная работа № 14