Задание

1. Запустите лабораторную работу.

2. Определите из справочной таблицы термический коэффициент сопротивления исследуемой проволоки.

	Материал	Удельное сопротивление, Омм  10-8	Температурный коэффициент сопротивления, 10-3 град-1
1	вольфрам	5,5	4,6
2	сталь	9,8	6.0
3	алюминий	2,7	4,2
4	медь	1,7	4.3

3. Включить источник питания, нажать кнопку ВКЛ на пульте "нагрев", величину нагрузочного сопротивления установить 30 Ом. Измерить падения напряжений при напряжении источника питания 1 В, 2 В. Рассчитать сопротивление проволоки, найти среднее значение. Расчет проводится по формулам:

- ток в цепи ,

где U_эт - показания верхнего (на стенде) вольтметра

- сопротивление проволоки ,

где U_пр - показания нижнего (на стенде) вольтметра

Так как сила тока мала, нагревом проволоки можно пренебречь, и считать рассчитанное при этом сопротивление проволоки за начальное .

4. Установить величину нагрузочного сопротивления 10 ом. Меняя напряжение источника питания с шагом 5 В измерить падения напряжений и удлинение проволоки. Напряжение менять до максимального, а затем произвести измерения при уменьшении напряжения в обратном порядке. При измерении удлинения, необходимо особое внимание обращать на перемещение стрелки на внутренней шкале, так как количество оборотов маленькой стрелки не фиксируется. Результаты измерений занести в таблицу. По результатам измерений рассчитать (аналогично пункту 3) ток через проволоку и сопротивление проволоки при разных температурах. Рассчитать температуру, соответствующую каждому значению сопротивления:

, С

5. Построить график зависимости удлинения проволоки от ее температуры. Отметить на графике область линейного удлинения и область пластической деформации. Рассчитать коэффициент термического расширения по результатам, соответствующим области линейного удлинения. Сравнить со справочными данными.

Контрольные вопросы

1. Почему при нагревании твердые тела расширяются?

2. Что называется абсолютным и относительным расширением тела?

3. Что называется коэффициентом линейного расширения тела?

4. Каков физический смысл коэффициента линейного расширения тела?

5. Назовите единицы измерения коэффициента линейного расширения

6. Запишите формулу, определяющую длину твердого тела при любой температуре.

7. Приведите примеры учета теплового расширения тел в технике

3. Лабораторная работа №11

Определение

коэффициента термического расширения (объемного) жидкости

Цель работы

1) измерить изменение объема воды при нагревании от 0С до 90С;

2) определить коэффициент термического расширения воды.

Краткое теоретическое содержание

Опыт показывает, что при повышении температуры происходит увеличение объема жидкости, называемое тепловым расширением. Для ха­рактеристики этого явления можно ввести объемный коэффициент термического расширения.

Пусть V₀ - объем жидкости при температуре T₁. Увеличение ∆V при нагревании жидкости до температуры T₂ пропорционально первоначальному объему V₀ и изменению температуры T = T₂ - T₁:

V = V₀T

где  - коэффициент объемного термического расширения, характеризующий относительное увеличение объема ∆V/V₀, происходящее при нагревании жидкости на 1 градус.

В жидкости при заданной температуре молекулы находятся друг от друга на определенных расстояниях и совершают колебания около положений равновесия. Изобразим на потенциальной кривой значения полной энергии молекулы для ряда значений температуры жидкости (рис. 5). Здесь ₀ - так называемая нулевая энергия - минимальная энергия колебаний молекулы при абсолютном нуле температуры; ₁ и ₂ - энергии колебаний при температурах Т₁ и Т₂. Из рисунка видно, что при абсолютном нуле молекулы колеблются около положений равновесия, расстояние между которыми равно d. При повышении температуры жидкости энергия колебаний возрастает.

Рис. 5

Следовательно, если при температуре Т₁ частица колеблется между точками А₁ и В₁, то при температуре Т₂ она станет колебаться между точками A₂ и В₂. А так как потенциальная кривая имеет несимметричную форму из-за несимметричности сил притяжения и сил отталкивания, действующих между молекулами, то точка В смещается вправо значительно сильнее, чем точка А влево. Отсюда следует, что положение равновесия при повышении температуры тоже смещается вправо: r₁ для температуры Т₁ и r₂ для Т₂. Иными словами, расстояние между молекулами при повышении температуры увеличивается за счет несимметричной формы потенциальной кривой межмолекулярного взаимодействия. Это увеличение среднего расстояния между молекулами при нагревании и является причиной термического расширения жидкости.

Заметим линейный закон теплового расширения — это первое приближение, справедливое лишь в определенном интервале температур, зависящем от свойств вещества. При расширении интервала температур линейность нарушается. Так, например, нарушение линейности легко обнаружить у воды при температуре около 4°С, когда у нее максимальная плотность, а при охлаждении ниже 4°С она начинает расширяться вплоть до точки замерзания. Кроме того, как следует из теории и подтверждается в эксперименте, вблизи абсолютного нуля тепловое расширение отсутствует у всех веществ.