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

66 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

75961. Формирование «олигархических групп», эволюция их отношений с государством в России 26.8 KB
  Сейчас он означает небольшую группу финансовых магнатов Большую Восьмерку или Семь Банковских Баронов состоящих в тесных отношениях с президентом и правительством и оказывающих на них влияние. За термином олигархия скрывается некоторая неловкость реальной ситуации: доминирующее положение небольшого числа финансовых групп благодаря симбиозным отношениям с администрацией президента. Рассматривая политическую роль финансовых групп в ельцинской системе и фазы их развития можно отметить что изза слабости органов представительной власти и...
75962. Характерные черты становления рыночной экономики в РФ 19.88 KB
  Черты становления рыночной экономики в России: отечественный экономист А. Смирнов на долю частной собственности в экономике России в 1914 г. В России даже в период промышленного подъема 1909 1913 гг. Значительно выросла доля России в мировом промышленном производстве накануне Первой мировой войны она занимала пятое место в мире после США Германии Англии Франции.
75963. Эволюция партийно-политической системы РФ в начале 21 века 18.23 KB
  Резкий рост численности партий. При этом реальное влияние на политический процесс, включая законотворческую деятельность, оказывали не более пяти-шести партий. Как показала практика избирательных кампаний, многие партии изначально создавались для сугубо политтехнологических целей
75964. Беловежские соглашения - исторический смысл и дискуссионные проблемы 19.6 KB
  БЕЛОВЕ́ЖСКИЕ СОГЛАШЕ́НИЯ термин используемый для обозначения соглашения подписанные 8 декабря 1991 высшими руководителями России Белоруссии и Украины о роспуске СССР и образовании Содружества независимых государств СНГ. Смысл: После попытки ГКЧП в августе 1991 реальная власть перешла в руки республиканских правящих элит и президент СССР М. а 5 декабря Кравчук объявил что Украина денонсирует договор 1922 о создании СССР. Тогда Кравчук Ельцин и Шушкевич собрались в Беловежской пуще для решения вопроса о сохранении СССР.
75965. Декларация о государственном суверенитете РСФСР - условия принятия и исторический смысл 17.91 KB
  Декларация о государственном суверенитете РСФСР политикоправовой акт ознаменовавший начало конституционной реформы в РСФСР где суверенитет рассматривается как естественное и необходимое условие существования российской государственности. Условия: Декларация была принята Первым Съездом народных депутатов РСФСР 12 июня 1990 года и подписана Председателем Верховного Совета РСФСР Б. Значение исторический смысл: Помимо провозглашения суверенитета РСФСР и намерения создать демократическое правовое государство в составе обновлённого Союза...
75966. Шоковая терапия и ее исторические последствия 53 KB
  Шоковая терапия - пропагандистское (газетное) название, с легкой руки некоторых публицистов приклеившееся к политике, которую начало проводить, придя к власти, реформаторское правительство Ельцина-Гайдара – политике стабилизации экономики. (попытка России перейти к Рыночной Экономике)
75967. Норманская и антинорманская теории: дискуссия закончена 15.84 KB
  Норманская теория происхождения древнерусского государства: это направление в историографии которое склоняется к тому что варяги и скандинавы норманы стали основателями Киевской Руси то есть первого восточнославянского государства основоположники Бейер и Миллер. Ломоносов подверг уничтожающей критике все основные положения этой антинаучной концепции генезиса Древней Руси. Оно могло происходить не только вследствие тесного общения скандинавов и славян но просто по тому что все первые князья на Руси а значит законная власть...
75968. Русь и Византия. Русь и Степь: система взаимовлияний и неоднозначность трактовок 17.05 KB
  Русь и Степь: система взаимовлияний и неоднозначность трактовок Направления византийского влияния: Византия помогала Руси стать православным государством. Принятие на Руси христианства резко усилило влияние византийской культуры. Крещение Руси по православному обряду ввело киевского князя в круг европейских монархов и позволило использовать типичный для Средневековья способ закрепления дип. Крещение Руси также дало нам славянскую азбуку и приобщило к европейской культурной традиции.
75969. Евразийская идея в российской истории: представители, концепция, критика 18.4 KB
  Евразийское движение родилось в 20-е годы в Европе в среде российской эмигрантской интеллигенции. Само имя движения говорит за себя. Евразийство – это культурно-историческая концепция, в которой Россия рассматривается как Евразия