ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
Цель работы: определить коэффициент линейного расширения твердого тела.
Оборудование:
1) прибор для определения коэффициента линейного расширения твердых тел (ПРТТ);
2) термометр лабораторный;
3) штатив для пробирок.
Принцип работы прибора (ПРТТ).
Работа прибора основана на электротермии. Испытуемый образец твердого тела нагревается в воде, находящейся в стеклянной пробирке. Изменение длины нагретого образца по сравнению с его первоначальной длиной (при комнатной температуре) измеряется индикатором малых перемещений и вводится в известную формулу для определения линейного расширения.
Электрическая схема прибора состоит из нагревателя на базе эмалированного сопротивления, соединенного последовательно с предохранителем, служащим для предохранения нагревателя от перегрузки и индикаторной лампой, сигнализирующей о работе прибора.
Сопротивление соединенное параллельно с индикаторной лампой, служит шунтирующим элементом.
Меры безопасности при работе:
1. Наливать воду в пробирки в стороне от прибора.
2. Не подливать воду в пробирки при включенном приборе.
3. Применять резиновый коврик при работе с прибором.
4. Руки должны быть сухими.
5. Прибор должен отключаться от сети после закипания воды в пробирках.
Конструкция прибора.
Прибор (рис.1) состоит из корпуса 1, к которому крепится кожух защитный 2. Внутри кожуха установлен нагреватель.
При проведении опытов в нагреватель помещается стеклянная пробирка с испытуемым стержнем. На корпусе прибора установлена стойка 3 с кронштейном 4 для индикатора мелких перемещений 5. Кронштейн может поворачиваться вокруг оси стойки на 
.
|
|
На панели корпуса расположены индикаторная лампа 6 и кнопочный включатель 7, а на внутренней перегородке – винт заземления. Внутри корпуса на опоре расположен держатель с предохранителем 8. Штепсельная вилка 9 для включения прибора в электрическую сеть напряжением 220В.
ход Работы.
Для проведения опытов по определению коэффициента линейного расширения необходимо:
1) Пробирки заполнить на 1/2 объема водой комнатной температуры, опустить в каждую по испытуемому стержню.
2) Обратить внимание на то, чтобы сферический конец стержня упирался в дно пробирки.
3) Включить штепсельную вилку прибора в сеть.
4) В поворотный кронштейн вставить индикатор и отвести его на четверть оборота в сторону до упора.
5) Лабораторным термометром измерить температуру воды в пробирках (стержень при этом извлекается из пробирки).
6) Пробирку с испытуемым стержнем поместить внутрь нагревателя.
7) Оттянуть шток индикатора вверх, установить индикатор над пробиркой, повернуть кронштейн до упора и опустить шток в углубление на торце стержня.
8) Стрелку индикатора установить в нулевое деление шкалы.
9) Включить питание прибора кнопочным выключателем. При этом должна загореться индикаторная лампа.
При закипании воды в пробирке испытуемый образец принимает температуру, равную температуре кипения воды. Увеличение длины образца определяется по отклонению стрелки индикатора от первоначального положения.
Отсчет ведут с точностью до полделения шкалы индикатора, т.е. до 5 микрон.
10) Кнопочным выключателем отключить питание прибора.
|
|
11) Индикатор на поворотном кронштейне отвести в сторону до упора.
12) Извлечь из прибора нагретую пробирку и поместить ее в штатив.
Поскольку дальнейшая работа производится при «разогретом» приборе, во избежание заметных искажений в замерах, время с момента помещения пробирки в зону нагрева до фиксации первоначального положения стрелки индикатора не должно превышать 30–40 секунд.
Результаты измерений оформить в виде таблицы:
| Материал |  , 
|  ,
|  , мм
|  , мм
|  , мм
|  , мм
|  , 
|  ,
|  ,
|
| стекло | |||||||||
| сталь | |||||||||
| алюминий |
После снятия показаний по всем образцам приступают к подсчету численного значения коэффициента линейного расширения, который определяется по формуле: 
, (1)
где 
– увеличение длины образца в мм,
– начальная длина образца в мм (160 мм),
– первоначальная температура в пробирке,
– конечная температура воды в пробирке после нагревания.
Для более точного определения коэффициента рекомендуется проводить несколько замеров и при вычислении брать среднее арифметическое значение приращения длины образца.
Точность определения коэффициента линейного расширения характеризуется средней квадратичной ошибкой:
, (2)
где n – количество измерений (п.5),
– измеренное значение коэффициента,
– среднее арифметическое значение коэффициента.
В формулу (2) вместо скобки 
для упрощения вычислений можно брать значение приращения длины образца:
, (3)
где 
– измеренное значение приращения длины образа,
|
|
– среднее арифметическое значение приращения длины образа.
Тогда приращение (2) будет иметь вид:
.
Степень точности вычисления коэффициента линейного расширения в процентах характеризуется средней относительной квадратичной ошибкой измерения: 
или 
.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. График молекулярных сил.
2. Расширение твердых тел.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Яворский Б.М. Основы физики. (34.4-34.6)