Краткое теоретическое обоснование. С изменением температуры тела его размеры изменяются

С изменением температуры тела его размеры изменяются. Тепловое расширение твердых тел, у которых имеется преимущество в одном измерении, характеризуется линейным расширением D .

                          D  = a× × Dt,

 где a - коэффициент линейного расширения, зависящий от материала и температуры. Однако если рассматривать небольшие интервалы температур, то можно считать коэффициент линейного расширения для данного материала величиной постоянной.

Коэффициент линейного расширения показывает, на какую долю своей первоначальной длины при 0°С изменяется длина тела при нагревании на 1К или 1°С:          или    ,

 где D – приращение длины.

Оборудование: индикатор, стержень для испытания, пробирка, термометр, нагреватель.

Порядок выполнения работы

1. Пробирки из комплекта принадлежностей прибора на 1/2 объема наполнить водой комнатной температуры, опустить в каждую по испытуемому стержню сферическим концом вниз, поместить на штатив.

2. Проводом, сечением не менее 1 мм, через винт заземления подключить прибор к контуру заземления.

3. Штепсельную вилку прибора вставить в электрическую розетку.

4. В поворотный кронштейн вставить индикатор и отвести его на четверть оборота в сторону до упора.

5. Лабораторным термометром замерить температуру воды в одной из пробирок (стержень при этом извлекается из прибора).

6. Пробирку с испытуемым стержнем через резиновую прокладку и отверстие в крышке прибора ввести в нагреватель.

7.  Оттянуть шток индикатора вверх, установить индикатор над пробиркой (повернуть кронштейн в прорези до упора) и опустить шток в углубление на торце стержня. Кронштейн зафиксировать винтом.

8. Заметить положение стрелки на шкале индикатора.

9. Только после этого можно включить питание прибора кнопочным выключателем. При этом должна загореться индикаторная лампа.

10. Поскольку дальнейшая работа проводится при нагретом приборе,во избежание заметных искажений в замерах время с момента помещения пробирки в зону нагрева до фиксации первоначального положения стрелки индикатора не должно превышать 40 секунд.

11. По окончании работы с прибором приступают к подсчету численного значения коэффициента линейного расширения, который определяется по формуле:      

          ,

где: D – увеличение длины образца в мм (по индикатору),

      ₀ – начальная длина образца в мм (160мм),  

    t₀ - первоначальная температура в пробирке,

       t₁ - конечная температура воды в пробирке после нагревания (100°С).

12.Определить относительную погрешность.

13.Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1.                                                                                                                                           

 

Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений

 

Мате-риал стерж-ня	Началь-ная длина стерж-ня 0, м	Температура стержня		Разность темпера- тур  Dt, °C	Удлине- ние стержня D  , м	Коэффи-циент линейного расширения a, Град^-1; К^-1	Относит. погреш-ность d, %
		началь- ная  t1, °C	конечная    t2,°C

 

Контрольные вопросы

1. Объясните причину теплового расширения тел.

2. Каков физический смысл коэффициента линейного расширения?

3. Приведите 3 – 4 примера учета теплового расширения тел в технике.

4. Почему рулетки изготавливают из особого сплава “инвар”?

5. Как будет изменяться площадь круглого отверстия в листе железа при нагревании?

 

 

 

 

Лабораторная работа 5