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

83 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

85068. Военная угроза национальной безопасности России. Международный терроризм — угроза национальной безопасности России 35.59 KB
  Военная угроза национальной безопасности России. Международный терроризм угроза национальной безопасности России Цель урока. Познакомить учащихся с внешними внутренними и трансграничными угрозами национальной безопасности России в современном мире. Обоснованно показать учащимся возрастание роли Вооруженных сил России по обеспечению военной безопасности государства и укрепления Вооруженных сил РФ.
85069. Наркобизнес как разновидность проявления международного терроризма 33.03 KB
  Смертность среди наркоманов за последние 10 лет увеличилась: в Германии почти в 5 раз в Италии в 4 раза во Франции в 3 раза в России в 12 раз по данным Интерпола и ООН. была раскрыта наркоситуация в России на современном этапе. На конгрессе в частности говорилось: Масштабы и темпы распространения наркомании в стране таковы что ставят под вопрос физическое и моральное здоровье наших граждан стабильность общества затрагивая по существу вопросы национальной безопасности России. В настоящее время по данным специалистов в...
85070. Виды террористических актов, их цели и способы осуществления 30 KB
  Обобщить знания учащихся о терроризме как идеологии насилия и террористической деятельности. Познакомить с основными видами террористической деятельности и основными чертами современного терроризма. Изучаемые вопросы Терроризм и террористическая деятельность. Основные виды терроризма.
85071. Законодательная и нормативно-правовая база по организации борьбы с терроризмом 29.94 KB
  Изучаемые вопросы Правовые основы противодействия терроризму. Основные принципы противодействия терроризму. Сообщить учащимся о том что правовую основу борьбы с терроризмом составляют Конституция РФ Уголовный кодекс РФ Федеральный закон О противодействии терроризму и другие федеральные законы общепризнанные принципы и нормы международного права международные договоры РФ указы и распоряжения Президента РФ постановления и распоряжения Правительства РФ а также принимаемые в соответствии с ними другие нормативные правовые акты...
85072. Система борьбы с терроризмом 29.31 KB
  Силы и средства привлекаемые для проведения контртеррористической операции. Единое управление силами и средствами входящими в состав группировок включая переподчинение представителей и подразделений федеральных органов исполнительной власти осуществляет руководитель контртеррористической операции. Все военнослужащие сотрудники и специалисты привлекаемые для проведения контртеррористической операции с момента начала контртеррористической операции и до ее окончания подчиняются руководителю контртеррористической операции. В заключение...
85073. Правила поведения при угрозе террористического акта 32.57 KB
  Правила поведения при угрозе террористического акта Цель урока. Обсудить с учащимися правила безопасного поведения в различных ситуациях террористического характера. Изучаемые вопросы Правила безопасного поведения при угрозе взрыва и при взрыве. Не прикасайтесь к находке и не давайте этого делать другим Далее обсудить с учащимися правила безопасного поведения при следующих ситуациях.
85074. Государственная политика противодействия наркобизнесу. Профилактика наркомании 32.58 KB
  Профилактика наркомании. Привлечь внимание учащихся к факту губительного распространения наркомании среди молодежи познакомить их с нормативноправовой основой противодействия наркомании; обсудить статью Уголовного кодекса РФ в которой предусмотрены наказания за действия связанные с наркотическими и психотропными веществами. Сформировать у учащихся убеждение в том что самая эффективная профилактика наркомании это индивидуальная система самовоспитания. Познакомить учащихся с психологической основой по формированию индивидуальной системы...