83716

Определение коэффициента термического расширения (линейного) твёрдого тела

Лабораторная работа

Физика

Определить температуру металлической проволоки при протекании через неё электрического тока. Измерить удлинение проволоки при нагревании. В данной работе экспериментально определяется коэффициент термического расширения твердого тела металлической проволоки.

Русский

2015-03-16

117.05 KB

22 чел.

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНИРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОРНЫЙ»

Лабораторная работа № 4

По дисциплине                                                Физика

                                     (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Название:                     Определение коэффициента термического расширения

(линейного) твёрдого тела

Автор: студент  гр.   ПЭ-14                        __________________               /                           /

                                                                      (подпись)

                                                                                                                                (Ф.И.О.)

ОЦЕНКА: _____________

Дата: ___________________

ПРОВЕРИЛ                  Доцент                   ____________________             /                         / 

                                       (должность)               (подпись)                                                     (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

20….

Цель работы: 

1. Определить температуру металлической проволоки при протекании через неё электрического тока. 2. Измерить удлинение проволоки при нагревании. 3. Определить показатель коэффициента термического расширения.

Общие сведения

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,

 t - 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 t и соответствующее изменение длины L. 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.

Схема установки

    2-исследуемая проволока.

              1-трубка.

              4- груз.

              5-микрометрический индикатор.

              7-нагрузочное сопротивление.

              8-блок питания.

              9-цифровой вольтметр.

              10-цифровой вольтметр

                 11-переключатель нагрузочного                              

                                                                                          сопротивления

Основные расчётные формулы:

1. ,   С  λ-термический коэффициент расширения.                    2.                      Lо-начальная длинна проволоки.

     β-коэффициент линейного расширения.

Погрешности прямых измерений

ΔL=0.25 мкм.

ΔUэт=0.01 В.

ΔUпр=0.01 В.

Исходные данные

Lо=1м.

d=0.01мм.

λ=0.0046 град-1.

Погрешности косвенных измерений

Таблица №1. Полученные измерения

Uпр, В

Uэт, В

Rпр, Ом

t,

δL, мкм

β,

1

0,18

0,81

0,0089

2

0,37

1,62

0,0091

3

2,07

2,92

0,0284

487,9

12

4

4,25

5,74

0,0296

518,0

53

1.76

5

6,61

8,38

0,0316

564,8

120

1,57

6

9,24

10,75

0,0343

633,1

219

1,510

7

12,19

12,8

0,0381

722,8

336

1,43

8

15,45

14,54

0,0425

829,3

544

1,59

9

19,01

15,98

0,0476

952,0

994

10

22,84

17,15

0,0533

1089,4

1651

11

26,88

18,11

0,0593

1236,7

2500

12

31,10

18,89

0,0659

1393,3

3713

13

26,88

18,11

0,0593

1236,7

3497

14

22,84

17,15

0,0533

1089,4

3293

15

19,01

15,98

0,0476

952,0

3103

16

15,45

14,54

0,0425

829,3

2933

17

12,19

12,8

0,0381

722,8

2785

18

9,24

10,75

0,0343

633,1

2663

19

6,61

8,38

0,0316

564,8

2569

20

4,25

5,74

0,0296

518,0

2501

21

2,07

2,92

0,0284

487,9

2463

Примеры вычислений

.

 

 

813,685

График зависимости удлинения проволоки от её температуры

Область пластической деформации

Область линейного удлинения

Окончательные результаты с учётом погрешности измерений

Показатель коэффициента термического (линейного) расширения вольфрамовой проволоки: β=(1,572).

Вывод:

В ходе работы был измерен коэффициент термического расширения линейного твердого тела. Был проведён 21 опыт на экспериментальной установке, зафиксированы значения приборов и рассчитаны значения температур и сопротивлений. Сравнивая с табличным значением, которое равно 1,5 град-1, можно сказать о том, что результат близок к действительности. Отклонение результата эксперимента от табличного (1,5) на 4,8%. Это отклонение не лежит в пределах погрешности,   связано это может быть с условиями проведения эксперимента.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26082. Государственная поддержка малых форм хозяйствования в аграрном секторе 33 KB
  Малые формы хозяйствования на селе без поддержки государства и без собственного внутригруппового взаимодействия не всегда способны успешно противостоять в конкурентной борьбе крупному капиталу отстаивать свои экономические политические и социальные интересы поэтому формирование системы государственной поддержки малых форм хозяйствования на селе является одним из ключевых моментов в решении задач агропродовольственной политики. Главным принципом государственной поддержки малых форм хозяйствования является создание экономических и правовых...
26083. Государственное регулирование экономики: необходимость, сущность, объекты, цели, методы 31 KB
  Особая роль государства в развитии аграрной сферы объективно обусловлена рядом причин. Таким образом активная аграрная политика государства является необходимым условием нормального развития сельского хозяйства в любой стране. Из этой главной двуединой задачи государства в области сельского хозяйства вытекает целый ряд более конкретных задач которые также носят долговременный стратегический характер: содействие научнотехническому прогрессу и росту эффективности производства в сельском хозяйстве; поддержание эквивалентности в...
26084. Органы управления финансами в Российской Федерации 64.5 KB
  Депутаты обеих палат Федерального Собрания Российской Федерации рассматривающие и утверждающие проект закона о федеральном бюджете и отчете о его исполнении другие финансовые и связанные с ними законодательные акты правительственные программы могут обладая правом законодательной инициативы вносить на рассмотрение проекты финансовых законодательных актов поправки в действующее законодательство. Государственная Дума заслушивает отчет Правительства Российской Федерации об исполнении федерального бюджета. Государственная Дума и Совет...
26085. Структура государственных органов управления финансами в РФ 47 KB
  Именно эти органы принимают окончательное решение при утверждении федерального бюджета и отчета о его исполнении. На Министерство финансов возложены следующие задачи: 1 разработка и реализация единой государственной финансовой политики; 2 составление проекта и исполнение федерального бюджета; 3 осуществление финансового контроля за рациональным и целевым расходованием бюджетных средств и средств федеральных внебюджетных фондов; 4 обеспечение устойчивости государственных финансов и осуществление мер по развитию финансового рынка Основными...
26086. Порядок исчисления и уплаты ЕСХН 45.5 KB
  При определении объекта налогообложения налогоплательщики уменьшают полученные ими доходы на следующие расходы: 1 расходы на приобретение сооружение и изготовление основных средств а также на достройку дооборудование реконструкцию модернизацию и техническое перевооружение основных средств; 2 расходы на приобретение нематериальных активов создание нематериальных активов самим налогоплательщиком; 3 расходы на ремонт основных средств в том числе арендованных; 4 арендные в том числе лизинговые платежи за арендуемое в том числе...
26087. Культура и общество, Социальная культура 69.96 KB
  Место и роль культуры в обществе велики. Личность несет печать конкретной культуры и конкретного общества. Кроме того общество создает условия для массового использования ценностей культуры а следовательно порождает потребности в тиражировании и репродуцировании артефактов что в свою очередь превращается в процессы воспроизводства культуры. Понятно что вне общественных форм жизни эти особенности в развитии культуры были бы невозможны.
26088. Семиотическое измерение культуры 15.56 KB
  Явления культуры знаки и совокупность знаков тексты в которых зашифрована социальная информация т. В рамках семиотического подхода культура представляется как система коммуникаций обмена информацией а явления культуры рассматриваются как система знаков. Возможности понимания и трансляции культуры могут реализовываться с помощью различных знаковых систем или языков культуры: естественного языка фольклора традиций предметов быта охоты или другого вида деятельности ритуалов обрядов церемоний этикета типа жилища посредством...
26089. Динамика культуры 16.85 KB
  Законом общественного развития в том числе и законом развития культуры принято называть объективно существующую повторяющуюся необходимую существенную связь явлений общественной жизни или этапов исторического процесса.Вебер до отказа от признания закономерностей развития культуры например О. Кроме того позиции ученых различаются в зависимости от того какой масштаб действия законов развития культуры ими признается: или законы действуют в масштабах всего человечества так считают большинство исследователей За десять тысяч лет своего...
26090. Практикоориентированное освоение потенциала культуры 13.28 KB
  Экспертиза культуры также назначается по делам об экстремистской деятельности когда необходимо установить наличие или отсутствие на объекте фашистской символики пропаганды жестокости насилия вражды по отношению к определенной социальной религиозной национальной группе. Экспертиза памятников культуры проводится для охраны сохранения памятников при необходимости включении данных объектов в реестр объектов культурного наследия или установлении законности его сноса. Экспертиза памятников также актуальна по уголовным делам связанных с...