лабы физика / Lab 17 B4

Цель работы: измерить коэффициенты линейного расширения твердых тел.

Задачи:

• овладение одной из методик эксперимента

• приобретение опыта решения учебно-исследовательских и реальных практических задач на основе изученного теоретического материала

• приобретение опыта проведения эксперимента

• формирование навыков обработки результатов проведенных исследований

• формирование умений оформления и представления результатов проведенных исследований

• анализ, обсуждение полученных результатов и формулирование выводов.

Методика работы:

Приборы и материалы: нагреватель, индикатор часового типа, металлические стержни (Сталь, Al, Cu), пробирка, штангенциркуль.

Линейное расширение тела - изменение его линейного размера при повышении температуры.

Оно прямопропорционально первоначальной длине тела при 0⁰С (l₀) и изменению температуры :

- длина тела при t₀ ;

l₀-его длина при t = 0 ⁰C; - коэффициент линейного теплового расширения;

Для твёрдых изотропных тел _l = 1/3_v;

_v- коэффициент объёмного расширения;

Тепловым расширением называется эффект изменения размеров тела с изменением температуры при постоянном давлении. Это явление для твердых тел обусловлено несимметричностью потенциала взаимодействия атомов вещества в решетке, что приводит к ангармонизму колебаний атомов относительно среднего положения. Для газов это обусловлено увеличением кинетической энергии молекул и атомов.

Количественно тепловое расширение при постоянном давлении Р характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объемного или линейного).

_l = ; b- коэффициент ангармоничности;

Коэффициент линейного расширения данного вещества - коэффициент пропорциональности _l, характеризует относительное удлинение , происходящее при нагревании тела на 1 .

;

Для большинства тел >0, но существуют и аномалии. Например, вода при нагреве от 0 до 4⁰С в условиях нормального атмосферного давления сжимается (<0). Зависимость  (Т) наиболее заметна у газов (для идеального газа a=1/Т); у жидкостей она проявляется слабее. У ряда веществ в твердом состоянии (кварца, инвара и т.д.) коэффициент  мал и практически постоянен в широком интервале температур. При Т®0, ®0. Коэффициент  и _L определяются экспериментальными методами.

Данные и расчеты занесем в таблицу:

Измерения и вычисление коэффициента линейного расширения твердых тел.

Материал стержня			t0,	t2,
Сталь	150	11	20	100	0,92	0,23	0,920,23
Алюминий	159	22			1,73	0,17	1,730,17
Медь	159	18			1,42	0,18	1,420,18

Вывод: На данном этапе опыта, было практически освоено содержание теоретического материала и методы измерений в лабораториях кафедры физики при использовании специальных технических средств.

В результате данного опыта были определены коэффициенты линейного расширения стержней из стали, алюминия и меди, достигнуты цели лабораторной работы и получены следующие результаты в виде: _l = ; коэффициента линейного расширения твердых тел был определён, он равен:

• Сталь - _l = (0,920,23) ;

• Алюминий - _l = (1,730,17) ;

• Медь - _l = (1,420,18) ;

Анализ:

Данный опыт был проведён с погрешностями, так как измерения производились человеком – присутствовал человеческий фактор, так же имелась инструментальная погрешность в приборах измерения и ещё погрешности измерений были вызваны недостаточно чистой водой и изменением начальной температуры в аудитории во время проведения опыта.

Из-за всех этих погрешностей результаты опыта не совпадают с табличными значениями коэффициентов линейного расширения твердых тел:

1. Для стали _l = 1,06 ;

2. Для алюминия _l = 2,3;

3. Для меди _l = 1,6;