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

14 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

4296. Проектирование привода конвейера. Детали машин 4.11 MB
  Выбор электродвигателя. Определение придаточных чисел привода. Межосевое расстояние. Предварительные основные размеры колеса. Проверочный расчет на прочность зубьев при действии пиковой нагрузки. Определение предварительных значений межосевого расстояния и угла обхвата ремнем малого шкива. Радиальные реакции опор от сил в зацепление. Для типового режима нагружения II коэффициент эквивалентности.
4297. Явление дифракции электромагнитных волн 118 KB
  Цель работы. Исследовать явление дифракции электромагнитных волн. С помощью дифракционной решетки проходящего света измерить длины электромагнитных волн видимого диапазона. Основные теоретические сведения Дифракцией называется совокупность явлений...
4298. Кинематическая схема привода конвейера 341 KB
  Введение В данном курсовом проекте рассматривается кинематическая схема привода конвейера. В первой части курсового проекта производится кинематический расчет и построение планов скоростей и ускорений (первый лист). Во втором части производится кине...
4299. Проектирование токарного станка с ЧПУ на базе модели 16К20Ф3 57.29 KB
  Введение Данная работа предполагает проектирование токарного станка-аналога на базе станка 16К20ФЗ. Проектируемый станок должен отвечать всем требованиям современного станкостроения, основными из которых являются: повышение производительности ...
4300. Жилое 9 – ти этажное здание в застройке микрорайона г. Самара 73 KB
  Архитектурно-строительная часть Исходные данные для проектирования Настоящий проект разработан на основании задания преподавателя и предусматривает строитель...
4301. Язык СИ++ Учебное пособие 2.73 MB
  Предисловие Язык программирования Си++ был разработан на основе языка Си Бьярном Страуструпом и вышел за пределы его исследовательской группы в начале 80-х годов. На первых этапах разработки (1980 г.) язык носил условное назв...
4302. Разработка блок-схемы алгоритма решения задачи 312 KB
  Разработка блок-схемы алгоритма решения задачи Цель работы: изучение графического способа описания алгоритма решения задачи. Задачи работы: ознакомиться с основными способами представления алгоритмов освоить графический способ опи...
4303. Разработка простейшей программы на языке С++ 140 KB
  Разработка простейшей программы на языке С++ Цель работы: получение начальных знаний и практических навыков по разработке программ на языке С++. Задачи работы: ознакомиться с понятием системы программирования и возможностями различных ин...
4304. Программная реализация алгоритмов линейной структуры 224.5 KB
  Программная реализация алгоритмов линейной структуры Цель работы: изучение основных средств языка программирования С++, необходимых для кодирования алгоритма линейной структуры, реализующего вычисления по математическим формулам. Задачи ...