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

130 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

26348. Внутренняя и внешняя политика Франции в годы правления Людовика XIV 19.96 KB
  Внутренняя и внешняя политика Франции в годы правления Людовика XIV. Внутренняя политика Людовика XIV Внешний блеск царствования Людовика XIV страшно истощил силы населения которое временами очень бедствовало особенно во вторую половину царствования когда Людовика XIV окружали в основном бездарности или посредственности. Сосредоточивая управление всеми делами в своих руках или в руках министров Людовик XIV окончательно утвердил во Франции систему бюрократической централизации. Стесняя права церкви по отношению к королевской власти и...
26349. Французская абсолютная монархия в XVIII в. – внутренняя и внешняя политика Людовика XV 13.64 KB
  внутренняя и внешняя политика Людовика XV. Система Людовика XIV привела страну к совершённому разорению под бременем тяжёлых налогов громадного государственного долга и постоянных дефицитов. И Людовик XV и Людовик XVI были люди беспечные не знавшие иной жизни кроме придворной; они ничего не сделали для улучшения общего положения дел. В начале царствования Людовика XV который приходился Людовику XIV правнуком за малолетством короля управлял герцог Орлеанский Филипп.
26350. Франция при Людовике XVI. Революционная ситуация 1787-1789 г 26.35 KB
  Франция при Людовике XVI. Людо́вик XVI 23 августа 1754 21 января 1793 король Франции из династии Бурбонов сын дофина Людовика Фердинанда наследовал своему деду Людовику XV в 1774. Людовик сначала принял конституцию 1791 года отказался от абсолютизма и стал конституционным монархом однако вскоре начал нерешительно противодействовать радикальным мерам революционеров и даже попытался бежать из страны. После свержения республиканские власти лишили Людовика XVI титула короля и дали ему фамилию Капет фр.
26351. Начало Французской буржуазной революции. Взятие Бастилии 14.43 KB
  12 июля в Париж проникли известия об отставке министра Неккера которому король приказал покинуть пределы Франции. Уже вечером 12 июля произошли первые столкновения народа с правительственными войсками. Утром 13 июля над Парижем загудел набат призывая парижан к восстанию. 13 июля парижские выборщики организовали Постоянный комитет преобразованный позднее в коммуну Парижский муниципалитет.
26352. Буржуазные преобразования во Франции в 1789 – 1791 г 21.47 KB
  Уже в июле Собрание создало комиссию по подготовке декларации и конституции Франции. Однако изза роста крестьянских восстаний Собрание безотлагательно начинает с решения аграрного вопроса. Призывая остальную часть дворянства пожертвовать своими правами в интересах справедливости и принести жертвы на алтарь отечества Учредительное собрание 11 августа приняло декреты по аграрному вопросу. Таким образом не решив сути аграрного вопроса Учредительное собрание в декретах 4 11 августа объявило что полностью уничтожает феодальный режим.
26353. Общественно – политическая жизнь Франции в 1791 – 1792 гг. Вареннский кризис и Конституция 1791г 21.07 KB
  и переезд короля и Собрания в Париж резиденцией монархии стал дворец в Тюильри. Дантон Шометт Кондорсе выступали ее горячими поборниками на собраниях секций. Депутаты Учредительного собрания на момент разбирательства временно отрешили короля от власти. Не теряя надежды после стольких преобразований договориться с Людовиком XVI и установить в королевстве конституционную монархию а также стремясь дать самый решительный отпор сторонникам республики депутаты Собрания прикладывали все усилия для спасения сильно пошатнувшейся репутации...
26354. Второй этап революции. 1792-1793 г. Начало революционных войн 30.8 KB
  Свержение монархии во Франции Подготовка интервенции против революционной Франции Революция во Франции способствовала подъему антифеодальной борьбы в других странах. Не только в Лондоне и Петербурге Берлине и Вене в Варшаве и Будапеште но и за океаном прогрессивные общественные круги с жадностью ловили вести из революционной Франции. Чем очевиднее становилось сочувствие к Французской революции и ее прогрессивным идеям со стороны передовой общественности всех стран тем большую ненависть к революционной Франции обнаруживали европейские...
26355. Третий этап революции. 1793-1794 г. Якобинская диктатура 14.23 KB
  Был ее высшим этапом якобинской диктатурой. Складывавшаяся в ходе напряженной классовой борьбы система якобинской диктатуры сочетала сильную и твердую централизованную власть с идущей снизу широкой народной инициативой. Революционная инициатива масс в период якобинской диктатуры проявилась особенно ярко. Но в самой якобинской диктатуре и в якобинском блоке объединявшем классово разнородные элементы были заложены глубокие внутренние противоречия.
26356. Кризис Якобинской диктатуры и переворот 9 термидора 1794 г 19.66 KB
  Переворот был предпринят группой якобинцевчленов Конвента недовольных политикой Робеспьера и прежде всего по разным причинам опасавшихся за свою личную безопасность. Конвент постановил напечатать речь Робеспьера но Бурдон из Уазы а за ним БийоВаренн потребовали предварительного рассмотрения её комитетами. У Робеспьера потребовали чтобы он назвал имена обвиняемых но он отказался. 27 июля 9 термидора заседание Конвента началось с доклада СенЖюста но председательствующий Колло дЭрбуа прервал его и предоставил слово БийоВаренну...