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

116 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

72018. Повторення складу числа 10. Складання прикладів за малюнками предметів та монет. Розпізнавання геометричних фігур 29 KB
  Будемо допомагати героям виконувати різні завдання. Діти отже послухайте які ж завдання нашого уроку: сьогодні ми повторимо склад числа 10; формуватимемо навички складати й розв’язувати приклади на додавання за малюнками предметів та монет; розпізнаватимем геометричні фігури...
72019. Цикл нестандартних уроків з використанням мультімедійних технологій. Математика, 1 клас 240.5 KB
  Робота вчителя початкових класів дуже складна та відповідальна, і складність її полягає у тому, що необхідно викликати в учнів інтерес до знань, не згасити цей вогник допитливості, навчити кожного з них вчитися, запевнити у своїх силах.
72020. ВПРАВИ ЗАДАЧІ І НА ЗАСВОЄННЯ ТАБЛИЦЬ ДОДДВАННЯ І ВІДНІМАННЯ ЧИСЛА 3. РОЗ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ НА ЗНАХОДЖЕННЯ СУМИ. ВИМІРЮВАННЯ ДОВЖИНИ ВІДРІЗКА 49 KB
  Подивіться на малюнок які пташки першими прилетіли до годівнички Синиці Скільки їх А які ще птахи прилетіли Снігурі Скільки їх Нам потрібно знайти скільки всього пташок стало Якою дією ми можемо дізнатися скільки всього пташок прилетіло до годівнички...
72022. Языком математики о природе и здоровье. Решение примеров на сложение и вычитание в пределах 10 29.5 KB
  Цели: Упражняться в решении примеров и задач; развивать речь и гибкость ума; закреплять знания о живой природе о значении растений в жизни человека об их лечебных свойствах; о птицах о пользе воспитывать любовь к математике. Оборудование: Карточки с решением примеров...
72023. Складання таблиці додавання і віднімання числа 4. Розв’язування задач на знаходження суми й різниці (1 клас) 32.5 KB
  Мета: Розкрити принципи укладання таблиць додавання і віднімання числа 4. Формувати вміння додавати число частинами порівнювати значення виразів з даними числами. Формувати знання таблиць додавання і віднімання числа 4.
72024. Упражнение на применение способов сложения и вычитание чисел частям. Задачи на разностное сравнение чисел 94 KB
  Цель урока. Повторить и закрепить умения учащихся прибавлять и отнимать частями с переходом через десяток; формировать навыки решения задач; Развивать умение определять геометрические фигуры; развивать логическое мышление, связную речь, воспитывать навыки самоконтроля, чувства товарищества.
72025. МЕТОДИ І МОДЕЛІ СТВОРЕННЯ ВІДМОВОСТІЙКИХ ІНФОРМАЦІЙНО-УПРАВЛЯЮЧИХ СИСТЕМ, ЩО ФУНКЦІОНУЮТЬ У МОДУЛЯРНІЙ СИСТЕМІ ЧИСЛЕННЯ 1.28 MB
  Проведений аналіз світового досвіду створення і експлуатації пристроїв що реалізовують принципи модулярної системи числення МСЧ дозволяє виділити наступні основні напрями впровадження наукових розробок в цій області: програмна реалізація модулярних засобів обробки інформації...
72026. ДІАГНОСТИКА ЕНЗООТИЧНОЇ ПНЕВМОНІЇ СВИНЕЙ МЕТОДАМИ ПОЛІМЕРАЗНОЇ ЛАНЦЮГОВОЇ РЕАКЦІЇ ТА ІМУНОФЕРМЕНТНОГО АНАЛІЗУ 398.5 KB
  Як свідчать численні дані вітчизняних і зарубіжних авторів, труднощі, пов’язані з культивуванням мікоплазм та очищенням їх імунологічно значущих протеїнів для виготовлення специфічних діагностичних тест-систем, зумовлюють потребу в удосконаленні біотехнологічних прийомів,...