Отчет по лабораторной работе 10. Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела

• Название: Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела
• Дата: 08.02.2022
• Размер: 0.69 Mb.
• Имя файла: Отчет по лабораторной работе 10.doc
• Тип: Отчет; #355459

Федеральное агентство по образованию

Российской федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального обучения

Санкт-Петербургский Государственный Горный Институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)



Кафедра общей и технической физики

Отчёт по лабораторной работе №10.

По дисциплине: ________ Физика___________________

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела.

Выполнил: студент гр. ТНГ-09-1 ______________ / Войтенков В. С./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

ПРОВЕРИЛ:

Руководитель: доцент ____________ / Смирнова Н. Н./

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

\

Санкт-Петербург

2010 год.
Цель работы:

1. 
   Определение температуры металлической проволоки при протекании через неё электрического тока;
   
2. 
   Измерение удлинения проволоки при нагревании;
   
3. 
   Определение показателя 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.



Основные формулы:

1. 
   _,где:
   

R_эт – эталонное сопротивление, [R_эт] = Ом

V_эт – эталонное сопротивление (показание верхнего вольтметра), [V_эт] = В

Y – сила тока в цепи (показание амперметра), [Y] = A

2. 
   _,где:
   

R_пр – сопротивление проволоки

V_эт - напряжение на проволоке (показание нижнего вольтметра)

3. 
   _,где:
   

t – температура при разных значениях сопротивления проволоки, [t] = ^oC

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

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

R₀ – начальное сопротивление проволоки

4. 
   β = _{ } , _{ } , где:
   

β – коэффициент линейного расширения, [β] = град^-1

δL – удлинение проволоки, [δL] = м

L_o – начальная длина проволоки\

δt – изменение температуры

Пример расчета

Исходные данные:

- проволока- материал медь;

- d = 0,2 мм;

- коэффициент теплоотдачи = 0,3 Вт/м²;

- L₀ = 1 метр;

- термический коэффициент сопротивления = 4,3 * 10^-3 град.^-1;

- R_нагр. = 30 Ом;

- U_ист. =1 В;

- V_эт. = 0,98 В;

- V_пр. = 0,01 В;

- I = 0,03 А;

- _{ }.

<sub> 


 


 </sub>=130.7 С^о.

Формулы погрешностей косвенных измерений:

1. 
   Погрешность измерения сопротивления проволоки:
   

Δ Rпр.=Rпр.*(_{ })

2. 
   Погрешность измерения рассчитываемой температуры:
   

△t=t*(_{ }+_{ })

3. 
   Погрешность измерения расчета коэффициента линейного расширения:
   

△β=β(_{ }
Расчеты погрешностей косвенных измерений:

1. 
   △Rэт.=Rэт. *(_{ }) = 32.6(_{ }=1.1 Ом.
   
2. 
   Δ Rпр.= 0.04 Ом.
   
3. 
   △t = 114.2 C^0.
   
4. 
   △β = 0.93*10^-6 град^-1.
   

Таблица 1.

Номер опыта	Vист.	Vэт.	Vпр.	△L		I	Rпр.
Размерность	В	В	В	мкм		А	Ом
	Rнагр. сопр. = 30 Ом
1	1	0.98	0.01	0		0.03	0.33
2	2	1.96	0.03	0	0.07		0.43

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	4.73	0.264	8	0.47	0.561	129.5
2	10	9.46	0.531	30	0.95	0.559	130.7
3	15	14.19	0.803	67	1.42	0.565	133.0
4	20	18.91	1.084	119	1.89	0.573	137.9
5	25	23.62	1.377	190	2.36	0.582	143.5
6	30	28.31	1.685	279	2.83	0.595	151.4
7	35	32.98	2.012	388	3.30	0.609	160.0
8	40	37.63	2.363	519	3.76	0.627	171.2
9	45	42.25	2.745	677	4.23	0.648	183.9
10	50	46.83	3.163	865	4.68	0.675	200.5

Окончательные результаты:

_{ }0.005)*_{ } м

_{ } = 69.8 ⁰С_{ } 114.2 ⁰C

_{ }0.93)_{ } град^-1
Графический материал:




Вывод:

Выполнив данную работу, я рассчитал коэффициент термического расширения медной проволоки. Он равен _{ }0.93)_{ } град^-1 . По справочным же данным он равен 15.61*10^-6град^-1, что отличается на 20,63 % от рассчитанного мной. Это можно вычислить следующим образом:

_{ }; <sub> 

 </sub>; _{ }

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