50130

Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: 1 измерить изменение объема воды при нагреве ее от 0 С до 90 С; 2 определить показатель коэффициента термического расширения. Особенный интерес представляет поведение воды в диапазоне температур 0 10 С. В данной работе исследуется изменение объема воды в диапазоне температур от 0 С до 40 90 С максимальная температура ограничена длиной измерительной трубки. Для проведения измерений в интервале 0 20 С термостат в начале работы заполняется смесью льда и воды что обеспечивает начальную температуру 0 С.

Русский

2014-01-16

116 KB

75 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 (объемного) жидкости

Методические указания к лабораторной работе № 11

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) измерить изменение объема воды при нагреве ее от 0С до 90С;

2) определить показатель коэффициента термического расширения.

В работе используются: кварцевая колба объемом 0,5 л; измерительная трубка длиной 50 см; термостат.

В отличие от твердых тел, объем которых изменяется при изменении температуры линейно в большом диапазоне температур, у жидкостей эта зависимость имеет более сложный, нелинейный, характер, особенно вблизи температур фазового перехода. Особенный интерес представляет поведение воды в диапазоне температур 010С. В данной работе исследуется изменение объема воды в диапазоне температур от 0С до 4090С, максимальная температура ограничена длиной измерительной трубки. Вода находится в колбе из кварцевого стекла, коэффициент термического расширения которого ничтожно мал, и им при выполнении данной работы можно пренебречь. Измерительная трубка выбирается диаметром в несколько миллиметров, что позволяет пренебречь силами поверхностного натяжения.

Колба с водой помещена в термостат, который позволяет устанавливать температуру в интервале 2090С, т.е. выше температуры окружающего воздуха. Для проведения измерений в интервале 020С термостат в начале работы заполняется смесью льда и воды, что обеспечивает начальную температуру 0С.

Экспериментальная установка

Схема установки показана на рисунке ниже.

Колба 1 помещена в термостатированный объем 3, по которому циркулирует вода с температурой, заданной термостатом 4. Колба закрыта и сверху в нее вставлена измерительная трубка 2, позволяющая измерять высоту столба жидкости, вытесненной из колбы при нагревании. Температура измеряется термометром 5.

Термостат 4 управляется с пульта 6. Пульт содержит задатчик температуры (в С), переключатели "НАГРЕВ" и "ЦИРК". Переключатель "НАГРЕВ" включает режим поддержания температуры воды внутри термостата равной заданной, при выключенном переключателе "НАГРЕВ" температура воды устанавливается равной комнатной. Переключатель "ЦИРК" включает или выключает циркуляцию воды через термостатированный объем 3.

ЗАДАНИЕ

1. Запустите лабораторную работу. В начале работы термостатированный объем содержит некоторое количество льда, которое поддерживает в объеме температуру, равной 0С. Повышение температуры возможно только после того, как весь лед растает. Обратите внимание, что повышение температуры от 0С до 20С необратимо, термостат позволяет задавать температуру только выше комнатной. Поэтому необходимо тщательно выполнить измерения в начале работы, поскольку повторить их не удастся!

2. Запишите начальное значение высоты столба воды в измерительной трубке. Для облегчения считывания показаний со шкалы трубки, справа от трубки изображен увеличенный фрагмент шкалы в окрестности верхнего края столба жидкости. Увеличение составляет 10 крат, благодаря чему точность измерения - 1 мм. (Цена деления основной шкалы - 1 см, цена деления увеличенного фрагмента - 1 мм, десять делений увеличенного фрагмента соответствуют интервалу в одно деление на основной шкале).

3. Чтобы ускорить таяние льда включите термостат в режим "ЦИРК", "НАГРЕВ", оставив на задатчике термостата значение [20C]. Внимательно следите за изображением кусков льда вверху термостатированного объема, и когда они начнут исчезать, выключите "НАГРЕВ" и "ЦИРК". Полное таяние льда и дальнейшее повышение температуры будет происходить за счет теплообмена с окружающим воздухом.

4. Как только весь лед растает и температура начнет повышаться, записывайте высоту столба жидкости в измерительной трубке при изменении температуры на 1С. Продолжайте измерения до температуры 15С.

5. При температурах, выше 15С измерения достаточно производить каждые 5С (т.е. 20, 25, 30, 35,... до перелива). Эти измерения просто осуществляются при включении термостата в режим "ЦИРК", "НАГРЕВ", выставляя на задатчике термостата требуемое значение температуры. Измерения проводить до максимально возможной температуры, т.е. пока столб жидкости не достигнет края измерительной трубки. При достижении максимальной температуры выключите термостат, можно остановить работу.

6. Постройте график зависимости изменения объема воды от температуры . Отметьте на графике область аномальной зависимости (уменьшения объема при увеличении температуры).

7. Вычислите средний коэффициент термического расширения воды :

  [1]

где ,    D - диаметр трубки (параметр установки,  указывается  преподавателем), hmax и hmin - максимальная высота жидкости (при  температуре t) и начальная высота жидкости;

 Vo- начальный объем воды, принимается равным 0,5 л;

 t- температура, в С, соответствующая максимальной высоте столба жидкости.

8. Рассчитайте коэффициенты термического расширения воды для каждого измеренного интервала температур (в интервале 015С через 1С, в остальном интервале через 5С). Расчет производиться по следующей формуле:

  [2]

где n  - коэффициент термического расширения воды на n - интервале;

 hn - высота столба воды в начале n - интервала; hn

 hn+1  - высота столба воды в конце n - интервала;

 tn - температура воды в начале n - интервала;

 tn+1 - температура воды в конце n - интервала.

Результаты измерений занести в таблицу:

Физ. величина

Т

h

dV

Ед. измерений

Номер опыта

оС

см

м3

оС-1

1

n

9. Постройте график зависимости , проведите на графике прямую, соответствующую значению среднего коэффициента термического расширения воды. Отметьте, при какой температуре значение среднего коэффициента совпадает с мгновенным.

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

81774. Сатирическое мастерство М. А. Булгакова 32.21 KB
  Удивительный талант Михаила Афанасьевича Булгакова позволяет ему следуя традициям писателейсатириков XIX века использовать этот художественный прием в своих произведениях Примером таких сатирических произведений могут служить повести Роковые яйца и Собачье сердце такой же прием использует автор и в своем романе Мастер и Маргарита . В основе повести Собачье сердце рискованный эксперимент. Отсюда ирония звучащая на страницах повести. Самым ярким представителем этой жизни на страницах повести является Швондер который норовит немедленно...
81775. Роль отцовского завета в судьбах героев произведений отечественной классики 19 века 33.3 KB
  Главный герой Петр Гринев отправляясь на службу получает наказ от отца: Прощай Петр. Петр Гринев являясь главным участником событий повествователеммемуаристом следует завету своего отца. Сын своего отца честного служаки времен Елизаветы который ушел в отставку чтобы не присягать Екатерине продолжает традиции своей семьи построенных на любви к ближним уважении к родителям любви к своей Родине и с честью выходит из всех испытаний. Главная героиня романа Маша Миронова дочь бедных дворян бесприданница олицетворение любви и...
81776. Художественные приемы создания образа Печорина в романе М. Лермонтова «Герой нашего времени» 47.87 KB
  Образ Печорина одно из главных открытий Лермонтова. Изображению и раскрытию образа Печорина как героя особой исторической эпохи и подчинена своеобразная композиционносюжетная структура романа. Одна представляет собою объективное повествование о Печорине извне в записках странствующего офицера Бэла Максим Максимыч Предисловие к Журналу Печорина другая субъективноисповедальное самораскрытие героя изнутри в его Журнале Тамань Княжна Мери Фаталист .
81777. Символизм как литературное направление. Анализ стихотворения одного из поэтов-символистов 47.33 KB
  Бальмонта Ю. В поэтических формулах Бальмонта Сологуба Гиппиус Мережковского отрицается истинность реального мира объявляемого лишь комплексом ощущений творцахудожника: . Бальмонта М. В 90х годах вышли сборники его стихотворений: Под северным небом 1894 В безбрежности 1895 Тишина 1897; в 900е годы в период творческого взлета Бальмонта Горящие здания 1900 Будем как солнце 1903 Только любовь 1903.
81778. Образ метели в произведениях отечественной литературы 32.93 KB
  Все ее действие развертывается на фоне разгулявшихся природных стихий: Ветер ветер На всем божьем свете Ветер хлесткий гуляет свищет и зол и рад Разыгралась чтойто вьюга ох пурга какая спасе Вьюга долгим смехом Заливается в снегах Очевидно что образы ветра метели романтичны и имеют символический смысл. Ветер ветер На ногах не стоит человек. Ветер ветер – На всем Божьем свете. Во второй строфе напор стихии как бы смягчается ее действия становятся не гневны а почти нежны и появляются уменьшительноласкательные...
81779. Наука и философия. Статус научной философии 28.69 KB
  Многолетний спор философии и науки о том в чем больше нуждается общество в философии или науке и какова их действительная взаимосвязь породил множество точек зрения обилие возможных трактовок и интерпретаций этой проблемы. Остановимся на основных тезисах раскрывающих суть соотношения философии и науки: Специальные науки служат отдельным конкретным потребностям общества: технике экономике искусству врачевания искусству обучения законодательству и др. Частные науки ограничиваются отдельными частями мира. Философия задумывается о...
81780. Функции науки. Роль науки в современном образовании и формировании личности 28.41 KB
  Роль науки в современном образовании и формировании личности. Проблема связанная с классификацией функций науки до сих пор остается спорной отчасти потому что последняя развивалась возлагая на себя новые и новые функции отчасти в силу того что выступая в роли социокультурного феномена она начинает больше заботиться не об объективной и безличностной закономерности а о коэволюционном вписывании в мир всех достижений научнотехнического прогресса. В качестве особой и приоритетной проблемы выделяют вопрос о социальных функциях науки...
81781. Преднаука и наука. Генезис науки и проблема периодизации её истории 31.74 KB
  Генезис науки и проблема периодизации её истории. Исследуя историю любого материального или духовного явления в том числе и науки следует иметь в виду что это сложный диалектический поступательный процесс появления различий включающий в себя ряд качественно своеобразных этапов фаз и т. Применяя сказанное о периодизации к истории науки следует прежде всего подчеркнуть следующее. Вопрос о периодизации истории науки и ее критериях по сей день является дискуссионным и активно обсуждается в отечественной и зарубежной литературе.