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

90 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

24701. Защита ротора от перегрузки 38 KB
  Для предотвращения повреждения ротора при перегрузке предусматривается специальная РЗ а также выполняется ограничение длительности форсировки возбуждения. Наиболее полноценную РЗ ротора от перегрузки можно осуществить с помощью реле имеющего характеристику соответствующую перегрузочной характеристике ротора. Выдержка времени первой ступени при одних и тех же значениях тока ротора примерно на 20 меньше выдержки времени второй ступени.
24702. ПОВРЕЖДЕНИЯ И НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГЕН-В, ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТЕ ГЕНЕРАТОРОВ 41.5 KB
  Обмотка ротора гена находится под сравнительно невысоким напряжением и поэтому ее изоляция имеет значительно больший запас элой прочности чем изоляция статорной обмотки. Однако изза значительных механических усилий обусловленных большой частотой вращения роторов турбогенов относительно часто наблюдаются случаи повреждения изоляции и замя обмотки ротора на корпус т. Замыкание на корпус в одной точке обмотки ротора неопасно так как ток в месте замыкания очень мал и нормальная работа генератора не нарушается. При двойных...
24703. Общие принципы работы реле. Работа реле на переменном токе 91.5 KB
  Общие принципы работы реле. Работа реле на переменном токе. В устройствах РЗ и электрической автоматики применяются реле на базе электромеханических конструкций полупроводниковых приборах из отдельных диодов транзисторов и др. Электромеханические реле обладают большими габаритами значительным потреблением мощности требуют тщательного ухода имеют ограниченное быстродействие и чувствительность.
24704. ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ 220 KB
  ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ Работа индукционных реле основана на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами индуктированными ими в подвижной системе реле. Основными элементами реле являются два электромагнита 1 и 2 и подвижная система 3 расположенная в магнитном поле электромагнитов рис. С осью 4 жестко связан подвижный контакт реле 5 замыкающий при повороте неподвижные контакты 6. Момент Мэ приводит в движение подвижную систему 3 которая в зависимости от знака направления Мэ действует в сторону замыкания или размыкания контактов...
24705. МТЗ. Структурная и принципиальная схема 154.5 KB
  МТЗ. Селективность действия МТЗ достигается с помощью выдержки времени. МТЗ являются основным видом РЗ для сетей с односторонним питанием. Соответственно при КЗ в точке К2 быстрее всех сработает МТЗ 3.
24706. Погрешности ТН. Повреждения в цепях ТН 124.5 KB
  Повреждения в цепях ТН. Во вторичных цепях ТН могут возникать повреждения КЗ и обрывы. Для предупреждения ложных действий РЗ предусматриваются блокирующие устройства которые реагируют на появление U0 и I0 при повреждениях в цепях напряжения во вторичных цепях ТН и подают сигнал. Недостатком таких устройств блокировки является то что при КЗ в цепях фазных напряжений они не действуют.
24707. ТН. Схемы соединений 187 KB
  Начала и концы первичных и вторичных обмоток ТН Н н и К к обозначаются так же как и у силовых трансформаторов: у первичной обмотки А и X у вторичной соответственно а и х. Начала каждой обмотки А В С присоединяются к соответствующим фазам ЛЭП а концы X Y Z объединяются в общую точку нейтраль N и заземляются подводится напряжение фазы ЛЭП относительно земли. Заземление нейтрали первичной обмотки ТН и наличие нулевого провода во вторичной цепи являются обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли....
24708. ТТ и их погрешности. Параметры влияющие на уменьшение намагничивающего тока 112.5 KB
  Параметры влияющие на уменьшение намагничивающего тока. ТТ являются вспомогательными элементами с помощью которых ИО РЗ получают информацию о значении фазе и частоте тока защищаемого объекта. Основным требованием к ТТ является точность трансформации контролируемого тока с погрешностями не превышающими допустимых значений. Трансформатор тока рис.
24709. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ТТ 192.5 KB
  Вторичные обмотки ТТ и обмотки реле соединяются в звезду и связываются их нулевые точки рис. При нормальном режиме и трехфазном КЗ в реле I II и III проходят токи фаз Ia = IA KI Ib = IB KI Ic = IC KI а в нулевом проводе их геометрическая сумма: которая при симметричных режимах равна нулю рис. Соответствующий ему вторичный ток протекает также только через одно реле и замыкается по нулевому проводу.12г ток проходит в двух реле включенных на поврежденные фазы рис.