Коэффициент термического. Маринин Владислав. Санктпетербургский горный университет кафедра общей и технической физики

• Название: Санктпетербургский горный университет кафедра общей и технической физики
• Анкор: Коэффициент термического
• Дата: 27.10.2020
• Размер: 199.21 Kb.
• Имя файла: Маринин Владислав.docx
• Тип: Документы; #146171

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

По дисциплине Физика

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Тема работы: Определение коэффициента термического расширения

(линейного) твёрдого тела

Выполнил: студент гр. ИГ-20-1 Маринин В.С.

^{(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)}

Оценка:

Дата:

Проверил

руководитель работы: доцент Ломакина Е.С.

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург 2020

Цель работы:

1.Определить температуру металлической проволоки при протекании через неё электрического тока.

2. Измерить удлинение проволоки при нагревании.

3. Определить показатель коэффициента термического расширения.

Общие сведения:

Практически все физические параметры изменяются при изменении температуры тела. В данной работе экспериментально определяется коэффициент термического расширения твердого тела (металлической проволоки).

Связь между температурой тела и изменением его объема задается формулой

, [1]

где  - коэффициент объемного расширения, V_o - объем при начальной температуре,

t - изменение температуры.

Для линейного расширения тела формула [1] приводится к виду:

, [2]

где  - коэффициент линейного расширения, L_o - начальная длина тела, L_o = 1 м.

Из формулы [2] следует, что для определения коэффициента необходимо знать начальную длину проволоки L_o, изменение температуры t и соответствующее изменение длины L. Изменение длины проволоки можно непосредственно измерить при помощи микрометрического индикатора, а температуру непосредственно измерить невозможно. Поэтому в данной работе определение температуры проволоки производится по изменению ее сопротивления при нагревании (термический коэффициент сопротивления предполагается известным).

Зависимость сопротивления металла от температуры имеет вид, аналогичный формуле [1]:

. [3]

Поскольку нагрев проволоки производится протекающим через нее электрическим током, зная падение напряжения на сопротивлении и силу тока, можно вычислить сопротивление проволоки:

. [4]

Силу тока определяем по падению напряжения на эталонном сопротивлении, термическим коэффициентом сопротивления которого можно пренебречь.

При выполнении работы необходимо учитывать, что зависимость [2] выполняется в ограниченном интервале температур. При значительном нагреве удлинение проволоки превышает рассчитанное по формуле [2], проявляется эффект, аналогичный пластической деформации при значительном растяжении. Поэтому при обработке экспериментальных данных необходимо рассчитывать коэффициент  по температурам, незначительно отличающимся от начальной.

Схема установки

1-трубка.

2-исследуемая проволока.

4- груз.

5-микрометрический индикатор.

7-нагрузочное сопротивление.

8-блок питания.

9-цифровой вольтметр.

10-цифровой вольтметр.

11-переключатель нагрузочного

сопротивления.

Основные расчётные формулы:

1.Эталонное сопротивление

- удельное сопротивление вещества, [ ]= ;

S-площадь поперечного сечения, [S]= ;

l- длина проводника, [l]=м.

2.Сопротивление проволоки

– сопротивление проволоки;

- напряжение на проволоке (показание нижнего вольтметра).

3. Температура при разных значениях сопротивления проволоки

λ-термический коэффициент сопротивления

4. Коэффициент линейного расширения

Lо- начальная длинна проволоки;

β-коэффициент линейного расширения.

ПОГРЕШНОСТИ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

ΔL=0.25 мкм;

ΔUэт=0.001 В;

ΔUпр=0.01 В.

Исходные данные

Вольфрамовая проволока;

Lо=1м;

d=0.15мм;

λ=0.0046 град^-1

Коэффициент теплоотдачи 0,2 Вт/м2

Таблица №1. Полученные измерения

№	, B							I, A
1	1	0,189	0,810	6,3	-	0	-	0,03
2	2	0,378	1,621	6,3	-	0	-	0,06
3	5	2,076	2,923	7,2	24,9	14	4,19*10-6	0,29
4	10	4,251	5,748	7,5	34,2	53	5,04*10-6	0,57
5	15	6,618	8,381	7,9	47,3	119	4,46*10-6	0,84
6	20	9,249	10,750	8,6	68,6	214	4,09*10-6	1,08
7	25	12,190	12,800	9,5	98,4	336	5,95*10-6	1,28
8	30	15,450	14,540	10,7	133,5	545	11,76*10-6	1,45
9	35	19,010	15,980	11,9	171,6	993	15,18*10-6	1,60
10	40	22,840	17,150	13,3	215,0	1652	18,40*10-6	1,72
11	45	26,880	18,110	14,9	263,8	2550	23,35*10-6	1,81
12	50	31,100	18,890	16,5	313,6	3713	4,28*10-6	1,89
13	45	26,880	18,110	14,9	263,8	3500	4,26*10-6	1,81
14	40	22,840	17,150	13,3	215,0	3292	4,35*10-6	1,72
15	35	19,010	15,980	11,9	171,6	3103	4,46*10-6	1,60
16	30	15,450	14,540	10,7	133,5	2933	4,22*10-6	1,45
17	25	12,190	12,800	9,5	98,4	2785	4,09*10-6	1,28
18	20	9,249	10,750	8,6	68,6	2663	4,41*10-6	1,08
19	15	6,618	8,381	7,9	47,3	2569	5,27*10-6	0,84
20	10	4,251	5,748	7,5	34,2	2500	3,44*10-6	0,57
21	5	2,076	2,923	7,2	24,9	2468	3,38*10-6	0,29

Примеры вычислений











Расчет косвенных погрешностей





0,30 ˚С

График

Графики зависимости удлинения проволоки от ее температуры:


ОБЛАСТЬ ЛИНЕЙНОГО

УДЛИНЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ПЛАСТИЧЕСКОЙ

ДЕФОРМАЦИИ




Результат





Вывод

В ходе лабораторной работы была определена температура вольфрамовой проволоки при протекании через неё электрического тока, в среднем она составила . Также было измерено и зафиксировано удлинение проволоки при её нагревании и был определён коэффициент линейного термического расширения –
. По справочным же данным он равен 4,3 , что отличается на 39 % от рассчитанной мной. Это можно вычислить следующим образом:

;