Лабораторная работа10. СанктПетербург

• Название: СанктПетербург
• Дата: 18.11.2020
• Размер: 227.86 Kb.
• Имя файла: Лабораторная работа10.docx
• Тип: Документы; #151685

Министерство образования и науки Российской Федерации



Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

ОТЧЁТ

По лабораторной работе №10

Определение коэффициента термического расширения (линейного) твёрдого тела

По дисциплине Физика

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}
Выполнил студент гр. ТПР-18 Беляев М.А.

^{(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: доцент Фицак В.В.

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}



Санкт-Петербург
2018

Цель работы:

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

2) измерить удлинение проволоки при нагревании;

3) определить показатель коэффициента термического расширения

Краткое теоретическое содержание:

Явления, изучаемые в работе:

1. 
   Нагревание проводника при прохождении через него электрического тока;
   
2. 
   Удлинение проводника при нагревании.
   

Основные определения:

1. 
   Коэффициент объемного расширения – вид коэффициента теплового расширения, подразумевающее общее изменение размеров тела в функции температуры.
   
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. 
   Физический смысл ρ – сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м².
   

Где ρ – удельное сопротивление проводника [Ом*м]

l – длина проводника [м]

R – сопротивление [Ом]

S – площадь сечения [м²]

6. 
   Напряжение между двумя точками электрической цепи - равно работе электрического поля по перемещению единичного положит, заряда из одной точки в другую.
   
7. 
   Коэффициент термического расширения – величина, характеризующая относительную величину изменения объема или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1⁰ К, при постоянном давлении.
   

Законы, лежащие в основе данной работы:

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



С
хема установки

1. Трубка, уменьшающая тепловые потери при нагревании

2. Исследуемая проволока

4. Груз, поддерживающий проволоку в натянутом состоянии

5. Микрометрический индикатор, показывающий удлинение проволоки

8. Регулируемый блок питания

9,10. Цифровые вольтметры

12. Пульт "Нагрев"

Основные формулы:

1. 
   Эталонное сопротивление
   

, где:

- удельное сопротивление вещества, [ ]=Ом·мм²/м

S-площадь поперечного сечения, [S]=

l- длина проводника, [l]=м

2. 
   Сопротивление проволоки
   

, где:

R_пр – сопротивление проволоки

V_эт - напряжение на проволоке (показание нижнего вольтметра)

3.Температура при разных значениях сопротивления проволоки ,где:

λ – термический коэффициент сопротивления, [λ] = К^-1

R_{пр. t} – сопротивление проволоки при разных температурах

R₀ – начальное сопротивление проволоки

4.Коэффициент линейного расширения

β = ; , где:

δL – удлинение проволоки, [δL] = м

L_o – начальная длина проволоки

δt – изменение температуры

Пример вычислений:

Исходные данные:

- вольфрамовая проволока;

- d = 0,1 мм;

- L₀ = 1 метр;

- термический коэффициент сопротивления = 4,6 * 10^-3 К^-1;

- .

- 



=485,2 С^о

- =

-

-

Погрешности прямых измерений:







Погрешность измерения сопротивления проволоки:

Δ Rпр. =Rпр.*( ) = 1,58*( ) = 0,026 Ом

Погрешность измерения рассчитываемой температуры:

△t= t*

Погрешность измерения расчета коэффициента линейного расширения:



Расчеты погрешностей косвенных измерений:

△Rэт. = Rэт. *( ) = 7*( =0,07 Ом.

Δ Rпр.= 0,026 Ом.

△t = 0,124 С^о.

△β =

Таблица 1.

Номер опыта	Vист.	Vэт.	Vпр.	△L	I	Rпр.
Размерность	В	В	В	мкм	А	Ом
				Rнагр. сопр. = 30 Ом
1	1	0,81	0,18	0	0,114	1,58
2	2	1,62	0,37	0	0,234	1,58

Таблица 2.

Номер опыта	Vист.	Vэт.	Vпр.	δL		I	Rпр.	tn
Размерность	В	В	В	м 10-6		А	Ом	Co
					Rнагр. сопр. = 10 Ом.
1	5	2,92	2,07	11		0,42	4.96	485,2
2	10	5,74	4,25	53		0,82	5,18	515,5
3	15	8,38	6,61	120		1,20	5,52	562,1
4	20	10,75	9,24	214		1,54	6,01	629,5
5	25	12,8	12,14	336		1,83	6,63	714,8
6	30	14,54	15,45	544		2,07	7,44	826,3
7	35	15,98	19,01	994		2,3	8,33	948,7
8	40	17,15	22,84	1652		2,45	9,32	1084,9
9	45	18,11	26,88	2550		2,58	10,39	1232,1
10	50	18,89	31,1	3813		2,70	11,52	1450,2

Окончательные результаты:

25)* м

= 965 ⁰С 0,124 ⁰C



График зависимости длины нити от температуры:



Вывод:
Выполнив данную работу, я рассчитал коэффициент термического расширения вольфрамовой проволоки. Он равен 0,00054) . По справочным же данным он равен 2,4*10^-6 , что отличается на 7,08 % от рассчитанного мной. Это можно вычислить следующим образом:

;

Ещё нельзя не отметить то, что в данной системе не идеальна изоляция, в следствии чего всё равно происходит теплообмен между системой и окружающей средой.