Определение коэффициента термического расширения (лабораторная работа №10). Определение коэффициента термического расширения

• Название: Определение коэффициента термического расширения
• Анкор: Определение коэффициента термического расширения (лабораторная работа №10
• Дата: 15.11.2022
• Размер: 180.56 Kb.
• Имя файла: Otchyot_10 (1).docx
• Тип: Документы; #790702

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики

ОТЧЁТ ПО ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №10

По дисциплине	Физика
	(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема работы:

Определение коэффициента термического расширения

Выполнил: студент гр.		ТО-21				Субботин Г.Ю.
		(шифр группы)		(подпись)		(Ф. И. О.)

Оценка:

Дата:

Проверил:
		(должность)		(подпись)		(Ф. И. О.)

Санкт-Петербург

2022

Цель работы:

1) определить температуру металлической проволоки при протекании через нее электрического

тока;

2) измерить удлинение проволоки при нагревании;

3) определить коэффициент линейного и объёмного термического расширения;

4) рассчитать плотность исследуемого образца металла.

Явление, изучаемое в работе: термическое расширение.

Основные определения:

1. 
   Коэффициент линейного расширения – физическая величина, равная относительному изменению линейного размера тела при изменении температуры тела на один кельвин.
   
2. 
   Ток – упорядоченное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля.
   
3. 
   Сила тока - скалярная физическая величина, численно равная заряду проходящему через поперечное сечение проводника в единицу времени.
   
4. 
   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].

5. 
   Напряжение между двумя точками электрической цепи - равно работе электрического поля по перемещению единичного положит, заряда из одной точки в другую.
   
6. 
   Коэффициент термического расширения – величина, характеризующая относительную величину изменения объема или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 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.



где I – сила тока, [А]; U – напряжение, [В]; R – сопротивление, [Ом].

Схема установки:

1 – трубка;

2 – проволока;

3 – груз;

4 – нагрузочное сопротивление;

5 – микрометрический индикатор;

6 – пульт;

7,10 – вольтметр;

8 – блок питания;

9 – пульт «нагрев».

Основные расчётные формулы:

1. 
   Сопротивление проволоки, [Ом]:
   

где – показания нижнего вольтметра, [В].

2. 
   Температура, :
   

где λ – термический коэффициент сопротивления, [ ]; – начальное сопротивление, [Ом]; – сопротивление проволоки при разных температурах, [Ом].

3. 
   Коэффициент линейного расширения, [ ]:
   

где – удлинение проволоки, [м]; – начальная длина проволоки, [м]; – изменение температуры, .

Погрешности прямых измерений:











Формулы погрешностей косвенных измерений:

1. 
   Погрешность измерения сопротивления проволоки:
   

Δ R_пр. =R_пр.ср· ( )

2) Погрешность измерения эталонного сопротивления:

△R_эт. = R_эт.ср ·( )

3) Погрешность измерения рассчитываемой температуры:

△Т= Т_ср·( + )

4) Погрешность измерения расчета коэффициента линейного расширения:

△ =𝛼_ср ·(

Расчеты погрешностей косвенных измерений:

Δ R_пр. =R_пр.ср.· ( )=0,05 Ом

△R_эт. = R_эт.ср. ·( )=0,23 Ом

△Т= Т_ср·( + )=5,11 ⁰С

△𝛼 = 𝛼_ср ·( ^-6 К^-1

Таблица с результатами измерений и вычислений:

Физ. Вел.	U	Uэт	Uпр	I	Rпр, t	T	∆L	At
№	В	В	В	А	Ом	С0	мкм	С0-1	Ом*мм2/м
	R0=30 Ом
1	1	0,94	0,05	0,03	1,59				0,0271
2	2	1,89	0,1	0,06	1,58
	R0=10 Ом
1	5	4,31	0,68	0,43	1,57	12,60	0,04	3,17*10-7
2	10	8,6	1,39	0,86	1,61	18,50	0,14	2,37*10-6
3	15	12,84	2,15	1,28	1,67	27,00	0,33	3,88*10-6
4	20	17,61	2,98	1,70	1,75	39,00	0,60	5,00*10-6
5	25	21,08	3,91	2,11	1,85	53,00	0,95	6,79*10-6
6	30	24,99	5,00	2,50	2,00	75,00	1,47	6,68*10-6
7	35	28,72	6,27	2,87	2,18	102,3	2,11	7,73*10-6
8	40	32,2	7,79	3,22	2,41	136,1	3,69	10,92*10-6
9	45	35,38	9,61	3,54	2,71	180,1	6,78	15,41*10-6
10	50	38,21	11,78	3,82	3,08	234,5	10,91	20,06*10-6
11	45	35,38	9,61	3,54	2,71	180,1	6,78	15,41*10-6
12	40	32,2	7,79	3,22	2,41	136,1	3,69	10,92*10-6
13	35	28,72	6,27	2,87	2,18	102,3	2,11	7,73*10-6
14	30	24,99	5,00	2,50	2,00	75,00	1,47	6,68*10-6
15	25	21,08	3,91	2,11	1,85	53,00	0,95	6,79*10-6
16	20	17,61	2,98	1,70	1,75	39,00	0,60	5,00*10-6
17	15	12,84	2,15	1,28	1,67	27,00	0,33	3,88*10-6
18	10	8,6	1,39	0,86	1,61	18,50	0,14	2,37*10-6
19	5	4,31	0,68	0,43	1,57	12,60	0,04	3,17*10-7

X

Пример вычислений:

Исходные данные:

= 1 м L₀ – начальная длина проволоки

D = 0,15 мм D - диаметр проволоки

α = 1 Вт/м² α – коэффициент теплоотдачи

ρ = 0,0271 Ом*мм²/м

Материал проволоки – алюминий.

Примеры вычислений:

Ом

R_пр1 = = 1,57 Ом

= 20+ ( – 1)= ℃

= = = 2,13 ^-1

=3* =7.25*

Окончательный результат:

= ( К^-1

=3* =7.25*

График зависимости удлинения проволоки от её температуры



Вывод: В ходе работы был найден коэффициент термического линейного расширения алюминиевой проволоки. Он равен (21,3±5.98)*10^-6 К^-1. По справочным же данным он равен 23,8 10^-6 К^-1

×100%;

В данной системе не идеальна изоляция, вследствие чего происходит теплообмен между системой и окружающей средой.