11 не зак. Коэффициент термического линейного расширения твердого тела

• Название: Коэффициент термического линейного расширения твердого тела
• Дата: 03.04.2022
• Размер: 151.76 Kb.
• Имя файла: 11 не зак.docx
• Тип: Отчет; #439159

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ


МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики

ОТЧЕТ

Лабораторная работа №10

«Коэффициент термического линейного расширения твердого тела»
Выполнил: студент гр. ТПР-21 ___ / Кузьмин Г.Д. /

(подпись) (Ф.И.О.)


Проверил: доцент / /

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург

2022 год
1) Цель работы:

1) определить температуру металлической проволоки при протекании через нее электрического тока;

2) измерить удлинение проволоки при нагревании;

3) определить коэффициент линейного и объёмного термического расширения;

4) рассчитать плотность исследуемого образца металла.
2) Краткое теоретическое содержание:
а) Явления, изучаемые в работе:

1) Нагревание проводника при прохождении через него электрического тока;

2) Удлинение проводника при нагревании.

б) Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:

1) Коэффициент объемного расширения тела a_V – это физическая величина, которая определяет относительное изменение объема тела (∆V/V₀), происходящее при изменении его температуры на 1 K (при этом давление должно оставаться постоянным).

2) Коэффициент линейного расширения– физическая величина, равная относительному изменению линейного размера тела при изменении температуры тела на один кельвин.

3) Ток – упорядоченное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля.

4) Сила тока - скалярная физическая величина, численно равная заряду, проходящему через поперечное сечение проводника в единицу времени.

5) Коэффициент термического расширения  — физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении.

В) Законы и соотношения:
1) Закон Ома: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка.

3) Схема установки:

П ояснения к схеме: 1 – теплоизоляционная трубка; 2 – исследуемая проволока; 3 – груз для поддержания проволоки в натянутом состоянии; 4 – микрометрический индикатор; 5 – нагрузочное (эталонное) сопротивление; 6 – блок питания; 7 – цифровой вольтметр измеряющий падение напряжения на нагрузочном сопротивлении; 8 – цифровой вольтметр измеряющий падение напряжения на проволоке; 9 – пульт переключения нагрузочного сопротивления (10 Ом или 30 Ом); 10 – пульт "НАГРЕВ" позволяет подключать/отключать ток в цепи, не выключая источник питания.

4)Основные расчётные формулы:

1)Сопротивление проволоки:

, Ом,

где U_эт – напряжение нагрузочного сопротивления, показания верхнего (на стенде) вольтметра, U_пр – напряжение на проволоке, показания нижнего (на стенде) вольтметра, ток в цепи.

2)Температура, соответствующая каждому значению сопротивления:

, С,

где  – термический коэффициент сопротивления исследуемой проволоки, R0 – сопротивление проволоки, определяется как среднее при напряжении 1 и 2 В.

3)Коэффициент линейного термического расширения исследуемого материала:

.

где l – коэффициент линейного термического расширения заданного преподавателем материала, K-1, T – изменение температуры, K, l0 – исходная длина проволоки при комнатной температуре.

4)Коэффициент объёмного термического расширения исследуемого материала:

,

где – усреднённый коэффициент линейного термического расширения

5)Плотность материала

.

где ₀ – исходная плотность тела при температуре T₁,  – плотность тела при температуре T₂.

5) Формулы погрешностей косвенных измерений:

Погрешность измерения сопротивления проволоки:

= *( )
= *( )
Погрешность измерения рассчитываемой температуры:

= t*( + )

Погрешность измерения расчета коэффициента линейного расширения:

= (

Таблицы
Таблица 1: «Технические данные прибора»

№ п.п.	Название прибора	Пределы измерений	Число делений	Цена деления	Класс точнос ти	Абсолютная приборная погрешность
1	Микрометр	1000 мкм	100	1мкм	-	1 мкм
2	Цифровой вольтметр 1(эт)	100 В	-	0,01 В	-	0,01 В
3	Цифровой вольтметр 2		-	0,01 В	-	0,01 В
4	Цифровой вольтметр 3		-	1 В	-	1 В
5	Амперметр	9,99 А	-	0,01	-	0,01 А

Таблица 2: «Результаты измерений»

Физическая величина	U, В	U, В	U, В	I, А	R, Ом	T, °C	L, мкм	, °C-1	, кг/м3
№ опыта	Rэт=30 Ом
1	1	0,98	0,01	0,03	0,3	20	0	0
2	2	1,97	0,02	0,06	0.3	20	0	0
	Rэт=10 Ом
3	5	4,82	0,17	0,48	0,353	61,09	8	0,0195
4	10	9,65	0,34	0,97	0,355	62,64	30	1,42
5	15	14,47	0,52	1,45	0,359	65,74	67	1,19
6	20	19,29	0,7	1,93	0,363	68,84	120	1,7
7	25	24,1	0,89	2,41	0,369	73,49	190	1,5
8	30	28,89	1,1	2,89	0,38	82,02	279	1,04
9	35	33,68	1,31	3,37	0,389	89	388	1,56
10	40	38,45	1,54	3,85	0,4	97,52	521	1,56
11	45	43,2	1,79	4,32	0,414	108,37	680	1,46
12	50	47,92	2,07	4,79	0,432	122,33	870	1,36
13	45						1437
14	40						1103
15	35						819
16	30						585
17	25						399
18	20						250
19	15						146
20	10						67
21	5						17

Пример вычислений:
А) Исходные данные:

Б) Погрешности прямых измерений:

∆h =

U=0,005 В