50119

Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: 1 определить температуру металлической проволоки при протекании через нее электрического тока; 2 измерить удлинение проволоки при нагревании; 3 определить показатель коэффициента термического расширения. В данной работе экспериментально определяется коэффициент термического расширения твердого тела металлической проволоки. Из формулы [2] следует что для определения коэффициента необходимо знать начальную длину проволоки Lo изменение температуры dt и соответствующее изменение длины dL. Изменение длины проволоки можно...

Русский

2014-01-16

141 KB

126 чел.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)

Кафедра Общей и технической физики

(лаборатория виртуальных экспериментов)

Определение

коэффициента термического расширения (линейного)

твердого тела

Методические указания к лабораторной работе № 10

для студентов всех специальностей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2010

УДК 531/534 (075.83)

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА: Лабораторный практикум курса общей физики. Смирнова Н.Н., Фицак В.В. Чернобай В.И. / Санкт-Петербургский горный институт.  С-Пб, 2010, 14 с.

Лабораторный практикум курса общей физики по статистической физике и термодинамике предназначен для студентов всех специальностей Санкт-Петербургского горного института.

С помощью учебного пособия студент имеет возможность, в предварительном плане, ознакомиться с физическими явлениями, методикой выполнения лабораторного исследования и правилами оформления лабораторных работ.

Выполнение лабораторных работ практикума проводится студентом индивидуально по графику.

Табл. 3. Ил. 2. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор доц. Н.Н. Смирнова

©   Санкт-Петербургский горный институт   им. Г.В. Плеханова, 2010 г.

Цель работы: 

1) определить температуру металлической проволоки при протекании через нее электрического тока;

2) измерить удлинение проволоки при нагревании;

3) определить показатель коэффициента термического расширения.

В работе используются: регулируемый источник постоянного тока; два цифровых вольтметра постоянного тока; теплоизолированная труба; металлическая проволока; микрометрический индикатор.

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, Vo - объем при начальной температуре,

 dt - изменение температуры.

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

  [2]

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

Из формулы [2] следует, что для определения коэффициента  необходимо знать начальную длину проволоки Lo, изменение температуры dt и соответствующее изменение длины dL. 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.

Экспериментальная установка

Схема установки показана на рисунке ниже:

Исследуемая проволока 2 длиной 1 м натянута внутри трубки 1, уменьшающей тепловые потери при нагревании. Верхний конец проволоки неподвижен, а нижний закреплен на поводке микрометрического индикатора 5, показывающего удлинение проволоки. Для поддержания проволоки в натянутом состоянии используется груз 4. Проволока через нагрузочное сопротивление 7 подключена к регулируемому блоку питания 8. Пульт 12 "НАГРЕВ" позволяет подключать/отключать ток в цепи, не выключая источник питания. Падения напряжений на проволоке и нагрузочном сопротивлении измеряются цифровыми вольтметрами 10 и 9. Величина нагрузочного сопротивления (10 ом или 30 ом) выбирается переключателем на пульте 11.

Предел измерения цифрового вольтметра надо выбирать минимально возможный, чтобы результат измерений содержал максимальное количество значащих цифр.

Микрометрический индикатор содержит две шкалы: внешнюю (большую) и внутреннюю (маленькую). Внешняя шкала имеет цену деления 1 мкм, один оборот внешней шкалы (100 мкм) соответствует одному делению внутренней шкалы. Один оборот внутренней шкалы соответствует перемещению 1 мм.

ЗАДАНИЕ

1. Запустите лабораторную работу.

2. Для материала проволоки определите термический коэффициент сопротивления  (из справочной таблицы).

материал

уд. сопр.

Омм 10-8

темп. коэфф. сопр.

х10-3 град-1

1

вольфрам

5,5

4,6

2

сталь

9,8

6.0

3

алюминий

2,7

4,2

4

медь

1,7

4.3

3. Включить источник питания, нажать кнопку ВКЛ на пульте "нагрев", величину нагрузочного сопротивления установить 30 Ом. Измерить падения напряжений при напряжении источника питания 1 В, 2 В. Рассчитать сопротивление проволоки, найти среднее значение. Расчет проводится по формулам:

- ток в цепи    ,

где   Uэт - показания верхнего (на стенде) вольтметра

- сопротивление проволоки      ,

где  Uпр -  показания нижнего (на стенде) вольтметра

При этом сила тока мала, нагревом проволоки можно пренебречь, и считать рассчитанное при этом сопротивление проволоки за начальное .

4. Установить величину нагрузочного сопротивления 10 ом. Меняя напряжение источника питания с шагом 5 В измерить падения напряжений и удлинение проволоки. Напряжение менять до максимального, а затем произвести измерения при уменьшении напряжения в обратном порядке. При измерении удлинения, необходимо особое внимание обращать на перемещение стрелки на внутренней шкале, так как количество оборотов маленькой стрелки не фиксируется. Результаты измерений занести в таблицу. По результатам измерений рассчитать (аналогично п.2) ток через проволоку и сопротивление проволоки при разных температурах. Рассчитать температуру, соответствующую каждому значению сопротивления:

,    С

5. Построить график зависимости удлинения проволоки от ее температуры. Отметить на графике область линейного удлинения и область пластической деформации. Рассчитать коэффициент термического расширения по результатам, соответствующим области линейного удлинения. Сравнить со справочными данными.

библиографический список

учебной литературы

  1.  Калашников Н.П. Основы физики. М.: Дрофа, 2004. Т. 1
  2.  Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1998. Т. 2.
  3.  Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000.
  4.  Иродов И.Е  Электромагнетизм. М.: Бином, 2006.
  5.  Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1998.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25025. Деятельность политического консультанта во время избирательной кампании 94.15 KB
  Избирательная кампания система агитационных мероприятий проводимых политическими партиями и независимыми кандидатами с целью обеспечить себе максимальную поддержку избирателей на предстоящих выборах. Другая причина обусловливающая необходимость психологического сопровождения клиента связана с крайне напряженным ритмом кампании и с тем что личность кандидата его время его работоспособность и самочувствие являются главным ресурсом кампании. Подготовка клиента к публичным выступлениям Полноценная подготовка заключается в написании речей...
25026. Историческое становление связей с общественностью 42.23 KB
  Под активизацией связей с общественностью он понимал наращивание усилий политических институтов для создания климата доверия в национальном масштабе. Значительную роль в развитии политических связей с общественностью сыграли PRтехнологии президента А. Они появились в Бостоне в 1900 году и в ближайшее десятилетие стали необходимым инструментом для многих сфер бизнеса проводили PRконсультирование в разных областях жизни отрабатывали новейшие PRтехнологии и во многом вытеснили юристов из традиционной сферы лоббирования интересов компаний...
25027. Паблик рилейшнз как социальный феномен 40.75 KB
  Паблик рилейшнз связи с общественностью как социальный феномен решает задачи коммуникативной организации в обществе. Целью работы связей с общественностью становится налаживание позитивных отношений между организацией и ее общественностью. Развитие паблик рилейшнз в России связывают с демократическими преобразованиями проведением политики гласности адекватной необходимостью установления взаимоотношений с общественностью. Ускоренный научнотехнический прогресс информационный бум стали причиной интенсификации различного рода коммуникаций и...
25028. Сферы функционирования связей с общественностью в современном обществе 15.88 KB
  Сферы функционирования связей с общественностью в современном обществе Поле функционирования паблик рилейшнз в современном обществе охватывает практически все виды общественных отношений и основные виды профессиональной деятельности как различных организаций так и отдельных лидеров имидж которых является важнейшим фактором их успеха в социальном взаимодействии. В современной России как и во всем цивилизованном мире связи с общественностью функционируют в различных сферах общественной жизни. Это приводит к снижению бума вокруг политического...
25029. Общественность и общественное мнение как главные объекты PR-деятельности 28.34 KB
  Общественность и общественное мнение как главные объекты PRдеятельности Объектом любой деятельности является та часть окружающей действительности в том числе и социальной которая подвергается целенаправленному воздействию со стороны субъекта с помощью определенных средств. Применительно к паблик рилейшнз ее объектом может быть либо общественное мнение либо общественность. В свою очередь признаками публичности являются: ♦ связь с какойлибо общностью людей в деятельностном аспекте общественное мнение общественные дела и т. Общественное...
25030. Характеристика информационных, имиджевых и корпоративных PR-документов 35.5 KB
  Бэкграундер справочная информация по теме информация о компании статистика которая может быть использована СМИ при подготовке материалов. Самостоятельный документ направляется в СМИ или входит в состав пресскита; Справочная информация о компании и входит в состав прессрелиза. Бэкграундер содержит информацию о профиле работы компании о ее продуктах услугах успехах о новых направлениях деятельности. Структура бэкграундера: История и этапы развития компании Легенда Современное состояние Спонсорские программы Кризис и выход из...
25031. Виды рабочих мероприятий связей с общественностью: презентация, прием, выставка 23.79 KB
  Обычно все презентации подчиняются логической схеме: Встреча представление гостей и участников со стороны организации. Мини прессконференция всем представителям организации предоставляется слово для краткого выступления примерно 25 минут. Презентация общественной организации фирмы акционерного общества корпорации и т. Целью такой презентации прежде всего является создание имиджа этой организации.
25032. Формы взаимодействия связей с общественностью со СМИ: пресс-прием, пресс-конференция, пресс-тур 30.09 KB
  Формы взаимодействия связей с общественностью со СМИ: прессприем прессконференция пресстур Существует несколько разновидностей прессмероприятий каждое из которых имеет свои отличительные признаки способы воздействия и границы применения. Прессприем Прессприем неформальное мероприятие с относительно произвольным сценарием. Может проходить в формате прессланча или прессужина. Прессланч специальное событие с участием первых лиц компании и ограниченного числа журналистов которые поддерживают постоянные контакты с организацией и...
25033. Управление кризисными ситуациями как функция связей с общественностью 30.35 KB
  Управление кризисными ситуациями как функция связей с общественностью Управление кризисными ситуациями представляет собой многогранный процесс который охватывает и объединяет различные сферы деятельности человека. Но если разразился кризис то становится очевидным что всё протекает не так как виделось ранее и каждый раз совершенно поиному. Кризис как явление настолько многогранен что его изучением занимаются представители различных научных направлений: историки политологи психологи философы экономисты юристы. Более того специально...