13316

Визначення коефіцієнта лінійного розширення тіл методом Менделєєва

Лабораторная работа

Физика

Лабораторна робота № 1 Визначення коефіцієнта лінійного розширення тіл методом Менделєєва. Мета роботи: аВивчення теплового розширення твердих тіл. бВизначення коефіцієнта лінійного розширення різних матеріалів методом Менделєєва. Прилади та матеріали: прил...

Украинкский

2013-05-11

444 KB

6 чел.

Лабораторна робота № 1

Визначення коефіцієнта лінійного розширення тіл методом Менделєєва.

Мета роботи:

а)Вивчення теплового розширення твердих тіл.

б)Визначення коефіцієнта лінійного розширення різних, матеріалів методом Менделєєва.

Прилади та матеріали: прилад для визначення коефіцієнта лінійною розширення, мікрометр, лінійка (або рулетка), кип'ятильник, електроплитка, термометр.

Короткі теоретичні відомості:

Як відомо, речовина складається із частинок (молекул, атомів, іонів). Вони в свою чергу складаються із зарядів додатного та від'ємного знаку. Додатні - це ядра атомів, а від'ємні - електрони. Тому ці частинки являють собою складні електричні системи, які взаємодіють між собою одночасно, як силами притягування між різнойменними зарядами, так і силами відштовхування між однойменними. Відповідні розрахунки показують, що обидві названі сили є оберненими функціями відстані між частинками з різними показниками ступені: відповідно для сил відштовхування m та притягування n

   

Ці ж розрахунки показують, що m>n це означає, що відштовхування більш значно змінюються зі зміною відстані ніж притягування. Тобто при зміні відстані на величину  зміна відштовхування більша ніж сили притягування.

Така зміна указаних сил з відстанню приводить до того, що на деяких відстанях переважає сила відштовхування, а на інших - сила притягування.

На деякій відстані r0 ці сили зрівноважуються і їх рівнодійна дорівнює нулю. Залежність рівнодійної сили взаємодії від відстані має вигляд.

При r >  r0 переважає сила притягування.

При r <  r0 переважає сила відштовхуванні

Внаслідок взаємодії частинка має потенційну енергію, яка також залежить від відстані подібно залежності Fr(r).

На відстані  ця енергія має мінімальне значення, яке ми можемо прийняти за нуль.

Для названої залежності характерні: по-перше: наявність так званої потенційної ями глибиною Еп; по-друге: несиметричність кривої відносно мінімуму.

Окрім енергії взаємодії Еп частинки мають і енергію руху Ек.

Для конденсивного стану речовини (рідина, тверде тіло) Екп.

Повна енергія частинки Е=Екп і для конденсованого стану енергетичні рівні частинки розташовані нижче рівня Еп.

В положенні , яке зветься положенням рівноваги, повна енергія Е дорівнює кінетичній Е - Ек т.я. Еп в цьому положенні прийнята за нуль.

При відхилені частинки в ту чи іншу сторону змінюється  а значить і Ек.

У двох точках, які знаходяться по обидві сторони положення рівноваги (крайні відхилення) повна енергія дорівнює потенційній.

Таким чином частинка рухається з перетворенням кінетичної енергії в потенціальну і навпаки, тобто здійснює коливальні рухи відносно положення рівноваги. Так як крива залежності Еп(r) асиметрична ці коливання ангармонічні. Для таких коливань центр коливання (точка, яка знаходиться посередині між крайніми положеннями частинки) не співпадає з положенням рівноваги. Центри коливань знаходяться на більших відстанях один від одного ніж положення рівноваги. Ця відстань збільшується зі збільшешшм амплітуди коливань, яка залежить від температури.

Таким чином при збільшенні температури збільшується середня відстань між центрами коливань частинок, тобто відбувається теплове розширення.

На малюнку показані три енергетичні рівні Е Е2, Е для трьох температур, також

крайні ліві (1-;2-;3-) та крайні праві (1+;2+;3+) положення частинки,  а також положення центрів коливань при цих температурах.

Відмітимо, що положення рівноваги залишається сталим.

Для будь-якої температури t1 і t2 виконуються рівності:

де — довжина стержня при температурі t1

     l2 - довжина стержня при температурі t2;

  l0 - довжина стержня при температурі t0.

Віднімемо від другого рівняння системи перше, в результаті отримаємо:

Так як ,(, матимемо:

,

Робоча формула:

Хід роботи:

  1.  Виміряти лінійкою початкову довжину стержня  l0.
  2.  Визначити кімнатну температуру  t1.
  3.  Виміряти мікрометром віддаль l1  між на півкулями упорів на трубці та опорному столику установки(див мал.).
  4.  З'єднати трубку з кип'ятильником і впродовж 15 хвилин пропускати пару кип'ячої води.
  5.  Вдруге виміряти віддаль l2 мікрометром: через 1-2 хвилини знов виміряти цю віддаль, якщо вона не змінилась, то стержень прийняв температуру пари кип'ячої води t2. Знайти зміну довжини стержня  . Для визначення температури трубки відрахувати по барометру атмосферний тиск і знайти по таблиці температуру пару кип'ячої води. Порівняти результат з відліком, зняти по термометру.
  6.  Дослід провести тричі (охолоджуючи після кожного досліду стержень).
  7.  Результати виміру занести в звітну таблицю.
  8.  Підрахувати абсолютну та відносну похибки.

Звітна таблиця:

№п/п

l0,м

,м

l1 

l2 , м

,м

t1,c

,c

    a

1.

2.

3.

Правила з техніки безпеки: Обережно і акуратно в процесі досліду поводитися з нагрітими частинами установки.

Контрольні запитання.

  1.  Що називається коефіцієнтом лінійного розширення?
    1.  Від чого залежить коефіцієнт лінійного розширення?
    2.  Пояснити природу та механізм явища теплового розширення.  
    3.  В чому полягає відмінність механізма термічного розширення твердих тіл рідин та газів?

Література.

  1.  Дущенко В.П. Фізичний практикум: ч.I- 1С: Вища школа, 1981. .
    1.  Кікоїн І.К., Кікоїн А.К. Молекулярна фізика.- М.. 1976.  £ 94


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3832. Определение скорости монтажного патрона с помощью баллистического крутильного маятника 81 KB
  Определение скорости монтажного патрона с помощью баллистического крутильного маятника Цель работы - изучение законов сохранения на примере баллистического маятника. Приборы и принадлежности: баллистический крутильный маятник комплект монтажных пат...
3833. Дослідне вивчення властивостей математичного маятника. 96.5 KB
  Дослідне вивчення властивостей математичного маятника. Мета роботи: Перевірити справедливість формули періоду коливань математичного маятника для різних довжин маятника і різних кутів відхилення від положення рівноваги. Прилади і матеріали: Штатив...
3834. Исследование температурной зависимости электропроводности твердых тел 132 KB
  Исследование температурной зависимости электропроводности твердых тел/ Цель работы: Установление опытным путем законов изменения электропроводности твердых тел при их нагревании и определение энергии активации полупроводника. Теоретические исслед...
3835. Определение влажности воздуха 98.5 KB
  Определение влажности воздуха Приборы и принадлежности: Психрометр, барометр, пипетка и сосуд с водой. Теория работы и описание прибора Такие явления, как быстрота испарения, высыхание различных веществ, тканей, увядание растений, состояние организм...
3836. Определение удельной теплоты парообразования 135 KB
  Определение удельной теплоты парообразования Приборы и принадлежности: Кипятильник, сухопарник, термометр, штатив, технические весы, разновес, барометр-анероид, калориметр, сосуд с водой, стакан. Рис. 12 Теория работы и описание приборов Парообразов...
3837. Физический маятник 88 KB
  Цель работы: Экспериментальное определение физических характеристик колебаний физического и математического маятников. Имеется в виду сравнить экспериментальное и расчётное значение периода колебаний физического маятника и период колебаний математич...
3838. Определение ускорения свободного падения 146.5 KB
  Определение ускорения свободного падения Цель: Изучение динамики движения тел в поле гравитационного притяжения. Задача: измерение ускорения свободного падения с помощью математического и физического маятников Оборудование: универс...
3839. Обработка результатов измерений 95.21 KB
  Обработка результатов измерений. Табличное значение попадает в полученный нами интервал. Выберем на этой прямой достаточно удаленные друг от друга точки А (0,1;50) и В(0,8;300). По их координатам вычислим массу тележки как угловой коэффициент прямой...
3840. Дослідження параметрів вільних коливань фізичного маятника 141.5 KB
  Дослідження параметрів вільних коливань фізичного маятника Мета: вивчення закономірностей вільних коливань фізичного маятника. Використання комп’ютерного моделювання фізичних процесів у пакеті Interactive Physics...