Определение коэффициентов
 Скачать 494.5 Kb.
|
|
Приднестровский Государственный Университет имени Т. Г. Шевченко Кафедра общей и теоретической физики Лаборатория общего физического практикума Раздел: МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА Лабораторная работа № 2.01 Тема: Определение коэффициентов линейного расширения металлов и объемного расширения жидкостей методом Дюлонга – Пти. Тирасполь, 2017 Лабораторная работа № 2.01 Тема: Определение коэффициентов линейного расширения металлов и объемного расширения жидкостей методом Дюлонга – Пти. Цель работы: Определение коэффициента линейного расширения стали, алюминия и объемного расширения машинного масла. Приборы и принадлежности: прибор для определения коэффициента линейного расширения, миллиметровая линейка, термометр, парообразователь, резиновые трубки, зажимы, барометр, стержневые образцы, прибор Дюлонга-Пти. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ Часть 1: Определение среднего коэффициента линейного расширения металлов. У большинства тел при повышении температуры размеры зависят, главным образом, от трех факторов: от начальных размеров тела, от свойства вещества данного тела и от изменения температуры. Если изменение длины обозначить через  , конечную через  ,а начальную длину -  , то между этими величинами отмечается такая зависимость: (1)Изменение длины тела при нагревании и при охлаждении определяются соответственно по формулам:   где  начальная температура, t- конечная температура тела,  - коэффициент, характеризующий материал, из которого изготовлено тело.Отсюда можно определить средний коэффициент линейного расширения:  (2)Ход работы Для проведения опытов по определению коэффициента линейного расширения используется установка, представленная на рис.1. 1. Измерить линейкой длину стержня (1). 2. Пробирку (2) из комплекта принадлежностей наполнить водой на половину ее высоты. Затем измеряют начальную температуру воды.Испытуемый алюминиевый стержень опускается в пробирку сферическим концом вниз. Пробирку с испытуемым стержнем ввести в нагреватель (5) и зафиксировать штоком (6) микрометра (4). Заметить положение стрелки на шкале микрометра для начальной температуры. Включаем питание нагревателя (загорается 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 5 мкм.
Для проведения опытов с другими образцами необходимо: 1. Отключить питание прибора. 2. Микрометр на поворотном кронштейне (3) отвести в сторону до упора, предварительно оттянув шток (6) вверх. 3. Извлечь из прибора нагретую пробирку и поместить ее в штатив. 4. Из штатива извлекаем вторую пробирку и выполняем пункты 2-6 для стального стержня. 5. Во избежание погрешностей при измерениях, необходимо в течение 30 секунд после установки пробирки со стержнем в нагреватель отметить показание микрометра. 6. Опыты для каждого стержня повторяют по три раза. 7. Результаты измерений заносят в таблицу №1. 8. Вычислить коэффициент линейного расширения для обоих материалов по формуле (2). Сравнить полученные результаты с табличными. Определить погрешности. Таблица №1
Часть 2: Определение среднего коэффициента объемного расширения жидкостей методом Дюлонга и Пти В результате нагревания объем жидкости увеличивается согласно эмпирической зависимости:  (1)где  - средний коэффициент объемного расширения жидкости,  - объем жидкости при температуре t,  - объем жидкости при температуре при нулевой температуре.Из (1) следует, что коэффициент объемного расширения жидкости равен:  (2)Приращение объема жидкости можно вычислить с помощью стеклянного дилатометра, однако в этом случае нужно знать коэффициент расширения стекла, который трудно определить. Чтобы найти средний коэффициент объемного расширения жидкостей независимо от расширения сосуда, Дюлонг и Пти предложили метод, основанный на применении условия равновесия жидкостей в сообщающихся сосудах, в которых поддерживается различные температуры. Известно, что однородная жидкость устанавливается в сообщающихся сосудах на одном уровне независимо от формы и сечения сосуда. Если две несмешивающиеся я жидкости имеют различные плотности, то условием равновесия является равенство гидростатических давлений:  (3)где  и  - плотности жидкостей, h1 и h2 - высота столбов в сообщающихся сосудах.Если в сообщающиеся сосуды налить однородную жидкость, например керосин, и одно колено поддерживать при постоянной температуре t1а другое нагревать до температуры t2, то в соответствии с тепловым расширением жидкости в сосудах будут различные плотности, соответственно равные  и  , в этом случае условие гидростатического равновесия выразится соотношением (4).При этом плотности и зависят от температуры следующим образом: (5) (6)где  - плотность исследуемой жидкости при нулевой температуре.Подставляя выражения (5) и (6) в (4) получим:  (7)Отсюда находим выражение для расчета коэффициента объемного расширения:  (8)Ход работы Для определения коэффициента объемного расширения жидкости используется установка, представленная на рис.2. Установить колбу К с водой на нагреватель Н и нагреть ее до температуры кипения. Налить в сообщающиеся сосуды исследуемую жидкость. Отметить положение уровней жидкости по шкале Ш на приборе. Одно колено прибора соединить с кипятильником. Нижний отвод опустить в стакан С и открыть зажим. Все время следить за уровнями жидкости в коленах. Когда изменение уровней прекращается произвести их отсчет. Для уверенности, что температура воды сравнялась с температурой пара, необходимо выждать время 4-5 минут, затем найти разность уровней в коленах  .
Таблица №2
Контрольные вопросы Каков характер межмолекулярного взаимодействия? Как изменяется потенциальная энергия двух молекул (атомов) в зависимости от расстояния между ними? Изобразить данную зависимость. Какое значение принимает потенциальная энергия в равновесном состоянии? Чем обусловлено тепловое расширение твердых тел? Написать формулы для и ?Какова связь между коэффициентами линейного и объемного расширения твердых тел? Выведите расчетные формулы для и .Как зависит от температуры и давления коэффициент объемного расширения жидкостей? Литература Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высшая школа, 1997. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.I .- М.: Наука, 1989. Кикоин А.К. «Молекулярная физика» Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.- М.: Высшая школа, 2002. Иверонова В.И. Физический практикум.- М.: Наука,1967. Кортнев А.В. Практикум по физике. - М.: Высшая школа, 1965. Авдусь З.И. Практикум по общей физике. - М.: Просвещение, 1971. Мойсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Росиздат, 1963. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, град-1