Отчет физика №1. Определение коэффициента термического расширения (объёмного) жидкости

• Название: Определение коэффициента термического расширения (объёмного) жидкости
• Дата: 06.10.2021
• Размер: 225.34 Kb.
• Имя файла: Отчет физика №1.docx
• Тип: Отчет; #242228

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет



Кафедра общей и технической физики

Отчет по лабораторной работе №11


По дисциплине ФИЗИКА

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

­­­­Тема: Определение коэффициента термического расширения (объёмного) жидкости

Выполнил: студент группы НГД-20-7 ___________ Нургаянов А.С.

(подпись) (Ф.И.О.)

Дата: 5.04.2021


Проверил: _____________ ______________

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2021

Цель работы

1) измерить изменение объёма воды при нагревании от 0С до 90С;

2) определить коэффициент термического расширения воды.
Краткие теоретические сведения

Явление, изучаемое в работе: термическое расширение

Основные определения:

Тепловое расширение жидкости – увеличение объема жидкости при повышении температуры.

Коэффициент теплового расширения – физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температур на 1 C при постоянном давлении. Имеет размерность обратной температуры. Различают коэффициенты объёмного и линейного расширения.

Коэффициент объёмного термического расширения– физическаявеличина, характеризующая относительное увеличение объёма∆V/V₀, происходящее при нагревании жидкости на 1 градус.

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

L – линейные размеры тела,

T – температура (К),

V – объём.

Линейный закон теплового расширения — это первое приближение, справедливое лишь в определенном интервале температур, зависящем от свойств вещества.

Схема установки

Колба 1 помещена в термостатированный объём 3, по которому циркулирует вода с температурой, заданной термостатом 4. Колба закрыта, и сверху в неё вставлена измерительная трубка 2, позволяющая измерять высоту столба жидкости, вытесненной из колбы при нагревании. Температура измеряется термометром 5.

Термостат управляется с пульта 6. Пульт содержит задатчик температуры (в С), переключатели "НАГРЕВ" и "ЦИРК". Переключатель "НАГРЕВ" включает режим поддержания температуры воды внутри термостата, равной заданной, при выключенном переключателе "НАГРЕВ" температура воды устанавливается равной комнатной. Переключатель "ЦИРК" включает или выключает циркуляцию воды через термостатированный объем 3.



Основные расчётные формулы

1. 
   Средний коэффициент термического расширения
   

,

где ,

D - диаметр трубки, м;

h_max и h_min - максимальная высота жидкости (при температуре t) и начальная высота жидкости, м;

V₀ – начальный объем воды, м³;

t – температура, соответствующая максимальной высоте столба жидкости, °C;

2. 
   Коэффициент термического расширения воды
   

где ’_n - коэффициент термического расширения воды на n – интервале,

; h_n - высота столба воды в начале n – интервала, м;

h_n+1 - высота столба воды в конце n – интервала, м;

t_n - температура воды в начале n – интервала, °C;

t_n+1 - температура воды в конце n – интервала, °C;

Погрешности прямых измерений

∆h =

∆t = 0,1 °C

Формулы погрешностей косвенных измерений

Абсолютная погрешность измерений коэффициента термического расширения жидкости

;

;

;
.

Таблицы

Таблица 1. Результаты измерений и вычислений.

Физ. величины	t	h	δV	α	α'n
Ед. изм. № опыта	°C	м∙10-2	м3·10-8	°C-1 10-4	°C-1 10-4
1	0	2	0		0,0000
2	1	2	0	0,0000	-1,1307
3	2	1,2	-5,655	-0,5655	-0,1413
4	3	1,1	-6,362	-0,4241	0,1413
5	4	1,2	-5,655	-0,2828	0,1413
6	5	1,3	-4,948	-0,1979	0,2827
7	6	1,5	-3,534	-0,1178	0,2827
8	7	1,7	-2,121	-0,0606	0,4240
9	8	2	0	0,0000	0,5653
10	9	2,4	2,827	0,0628	0,8479
11	10	3	7,069	0,1414	0,5652
12	11	3,4	9,896	0,1799	1,5543
13	12	4,5	17,672	0,2945	1,1303
14	13	5,3	23,326	0,3589	1,2714
15	14	6,2	29,688	0,4241	1,4125
16	15	7,2	36,757	0,4901	1,8077
17	20	13,6	81,996	0,8200	2,3705
18	25	22	141,372	1,1310	2,8750
19	30	32,2	213,471	1,4231	3,3775
20	35	44,2	298,294	1,7045	3,6528
21	38	52	353,429	1,8602

Примеры вычислений

1. 
   Исходные данные
   

Начальный объем жидкости = 0,5 л;

Длина трубки h=52 см;

Диаметр трубки D = 3 мм;

2. 
   Вычисления
   

Изменение объема



Средний коэффициент термического расширения

Коэффициент термического расширения (объемного) воды

Пример вычислений для таблицы 1, опыта №20



Абсолютная погрешность косвенных измерений для коэффициента термического расширения жидкости

3. 
   Окончательный результат
   

Коэффициент термического расширения (объемного) воды с учетом абсолютной погрешности косвенных измерений



Графический материал

График зависимости изменения объёма воды от температуры .


График зависимости термического расширения воды от температуры




Вывод
В ходе выполнения данной лабораторной работы мной были получены значения коэффициента теплового (объёмного) расширения жидкости, а также его зависимость от различных значений температур. В рамках проведённого эксперимента уровень воды достиг критической отметки 52 см при увеличении температуры до 38 C. Также было выяснено, что при нагревании от 0 C до 4 C объём воды уменьшается, а при нагревании от 4 C и выше увеличивается. Отметив на графике зависимости значение среднего коэффициента термического расширения воды, получил совпадение среднего значения с мгновенным при температуре 17 C.