лаб_раб_№2_Определение_коэффициента_линейного_расширения_твердых. Лабораторная работа 2 Определение коэффициента линейного расширения твердых тел

• Название: Лабораторная работа 2 Определение коэффициента линейного расширения твердых тел
• Дата: 09.11.2022
• Размер: 211.5 Kb.
• Имя файла: лаб_раб_№2_Определение_коэффициента_линейного_расширения_твердых.docx
• Тип: Лабораторная работа; #778077

Лабораторная работа №2

Определение коэффициента линейного расширения твердых тел.

Цель работы: Определение температурного коэффициента линейного расширения стержней из твердых материалов.

Приборы и принадлежности: Прибор для определения линейного расширения тел, индикатор, линейка, термометр термопарный, насосный водонагреватель, металлические стержни из трех разных металлов, держатель.

Теория:

Тепловым расширением называется увеличение линейных размеров и объемов тел, происходящих при повышении их температуры. Линейное тепловое расширение характерно для твердых тел. Объемное тепловое расширение происходит как в твердых телах, так и в жидкостях.

Линейное тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения (средним коэффициентом линейного расширения) α в данном интервале температур. Экспериментальное определение α осуществляется методами дилатометрии.

Дилатометрия− раздел физики и измерительной техники, изучающий зависимость изменения размеров тел от внешних воздействий: температуры, давления и т.д. Приборы, применяемые в дилатометрии, называют дилатометрами.

Если l₁ − начальная длина тела при температуре t₁, а Δl = l − l₁ − увеличение длины тела при нагревании его на Δt градусов, то α характеризует относительное удлинение Δl / l₁ тела, которое происходит при его нагревании на один градус:

(1)

Длина тела при температуре t определяется формулой

(2)

в этом случае l₀ − длина тела при температуре 0°С.

Коэффициент линейного расширения зависит от природы вещества, его численное значение обычно малая величина порядка

При изменении температуры в широком интервале коэффициент линейного расширения растёт с увеличением температуры.

В интервале температур, исследуемом в данной работе, коэффициент линейного расширения можно считать величиной постоянной. Получим расчётную формулу для определения коэффициента линейного расширения, используя уравнение (2).

Длина тела при температуре .

Длина этогоже тела при температуре .

Решая систему двух уравнений, получим:



Удлинение образца определяют экспериментально методом Д.И.Менделеева, нагревая его от начальной температуры до температуры кипения воды , а затем рассчитывают коэффициент линейного расширения. Так как удлинение , то можно считать что , и для расчета использовать формулу:



Тепловое расширение тел учитывается при конструировании всех установок, приборов, машин, работающих в переменных температурных условиях.
С
3
хема установки:


1

2

4

5

6

7


Рис -1.

1. Датчик и реле температуры

2. Насосный водонагреватель

3. Водоподводящая трубка

4. Водоотводящая трубка

5. Стержни (латунь, железо, стекло)

6. Прибор для определения линейного расширения тел

7. Линейка
Порядок выполнения работы:
_{1. Измерить линейкой длину образца} l<sub>1.

2. Закрепить соответствующим образом исследуемую трубку в держателе: привести в контакт толкатель индикатора с образцом и зафиксировать индикатор. Записать цену деления индикатора.

3. Совместить нулевое деление шкалы индикатора со стрелкой.

4. Измерить температуру исследуемой трубки t1 (температура t1равна температуре окружающего воздуха).

5. Подвести шланг насосный водонагреватель к исследуемой трубке и дождаться полного её прогрева.

6. Записать температуру трубки t2=1000C.

7. Снять показания индикатора по количеству делений и записать l.

8. По формуле (4) определите коэффициент линейного расширения α.

9. Определите относительную погрешность измерений :

,

где lтр=1 мм (абсолютная погрешность при измерении трубки);

lпр=0,02 мм (абсолютная погрешность индикатора малых перемещений);

Т=10С- абсолютная погрешность при измерении температуры.
10. Заполнить таблицу</sub>

№	Вещество	Начальная длина стержня (при t=*t0)	Длина стержня	Увеличение длины стержня	Начальная температура	Конечная температура	Изменение температуры	Коэффициент линейного расширения	Относительная погрешность
		l0, (мм)	li, (мм)	Δl = li– li-1 (мм)	t0 (0С)	ti (0С)	Δt = ti– ti-1	α	, %
1	латунь
2	железо
3	стекло

_{*t0 – комнатная температура.
Справочные данные.}

Материал	Коэффициент линейного теплового расширения
	(10-6 м/(мK)) / ( 10-6 м/(мoС))	(10-6 дюйм/(дюйм oF))
Алюминий	22.2	12.3
Латунь	18.7	10.4
Железо, кованое	11.3	6.3
Стекло витринное (зеркальное, листовое)	9.0	5.0
Стекло пирекс, пирекс	4.0	2.2
Стекло тугоплавкое	5.9	3.3

<sub>Контрольные вопросы.

1.Запишите формулу зависимости линейных размеров тела от температуры. Поясните смысл обозначений.

2.Почему следует говорить о среднем коэффициенте линейного расширения в данном интервале температур?

3.Сравните полученные значения коэффициентов линейного расширения с табличными значениями для соответвующих материалов. Сделайте вывод.

4.Длина медной проволоки при 00С равна 5 м. До какой температуры нагрета проволока, если она удлинилась 51 мм?</sub>