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

84 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

13311. Дослідження локального регулятора SIPARD DR21 для керування технологічною ділянкою 1.8 MB
  Тема: Дослідження локального регулятора SIPARD DR21 для керування технологічною ділянкою Мета: Навчитись працювати з локальними регуляторами SIPARD DR21 для керування технологічною ділянкою 1. Вступ Автоматизація виробництва завжди була однією з основних складових
13312. Исследование взаимосвязи содержания Я-концепция ребёнка с ДЦП с характером отношения родителей к болезни ребёнка 197.5 KB
  Очевидно, что семья играет важную роль в адаптации и интеграции ребенка в общество. Для гармоничного развития ребенка большое значение имеет и психологический микроклимат в семье. Семья, в которой живет «особый» ребенок, оказывается особой группой
13314. Дослідження характеристик регулюючих органів 1.41 MB
  Лабораторна робота №6 Тема: Дослідження характеристик регулюючих органів Мета: Навчитись вибирати регулюючі органи в залежності від вимог до системи управління 1.Вступ Автоматизація виробничих процесів створює певні технікоекономічні переваги у всіх галу
13315. Використання локальних регуляторів для управління моніторингу, контролю і аварійної сигналізації система при управлінні охолоджувальною технікою 1.9 MB
  Лабораторна робота № 8 Тема: Використання локальних регуляторів для управління моніторингу контролю і аварійної сигналізації система при управлінні охолоджувальною технікою. Мета: Навчитись працювати з локальними регуляторами для управління моніторингу контролю ...
13316. Визначення коефіцієнта лінійного розширення тіл методом Менделєєва 444 KB
  Лабораторна робота № 1 Визначення коефіцієнта лінійного розширення тіл методом Менделєєва. Мета роботи: аВивчення теплового розширення твердих тіл. бВизначення коефіцієнта лінійного розширення різних матеріалів методом Менделєєва. Прилади та матеріали: прил...
13317. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ МЕТОДОМ ВІДРИВУ КРАПЛІ 285 KB
  Лабораторна робота № 2 ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ МЕТОДОМ ВІДРИВУ КРАПЛІ. Мета роботи: а вивчення властивостей рідкого стану речовини; б експериментальне визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини та дослідження його залежності від
13318. ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЕФІЦЇЄНТА ОБЄМНОГО РОЗШИРЕННЯ РІДИН 341.5 KB
  Лабораторна робота №З ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЕФІЦЇЄНТА ОБЄМНОГО РОЗШИРЕННЯ РІДИН Мета роботи: а визначення теплового розширення речовин; 2 дослідне визначення коефіцієнта обємного розширення. Прилади і матеріали: прилад Дюлонга і Пті; нагрівам; лаборат
13319. ВИЗНАЧЕНИМ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ МЕТАЛІВ КАЛОРИМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ 242 KB
  Лабораторна робота №4 ВИЗНАЧЕНИМ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ МЕТАЛІВ КАЛОРИМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ Мета роботи: а вивчення явища тепло переносу; б експериментальне визначення коефіцієнта теплопровідності. Прилади та матеріали: калориметрична установка ваги з ...