Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Laba_10

.docx
Скачиваний:
20
Добавлен:
14.03.2016
Размер:
180.17 Кб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный университет

Кафедра общей и технической физики
Отчёт по лабораторной работе № 10

По дисциплине: Физика

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: «Определение коэффициента термического разширения

(линейного) твердого тела»

Выполнили: студент гр.ГНГ-13 ______________

(подпись) (Ф.И.О.) Ветлужских Кирилл Юрьевич

Проверил: профессор ____________ /Иванов А.С./

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2013

Цель работы

1) определить температуру металлической проволоки при протекании через нее электрического тока;

2) измерить удлинение проволоки при нагревании

3) определить показатель коэффициента термического расширения.

Краткое теоретическое обоснование

1) Явление, изучаемое в работе – термическое расширение

2) Основные законы: Закон Ома для участка цепи R=U/I.

Коэффициент термического расширения твердого тела - константа, показывающая на сколько изменяется объем и длина тела, выполненного из определенного материала, с изменением температуры данного тела.

Связь между температурой тела для линейного расширения

- коэффициент линейного расширения, Lo - начальная длина тела, Lo = 1 м.

Для определения коэффициента необходимо знать начальную длину проволоки Lo, изменение температуры dt и соответствующее изменение длины dL. 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:

где R0-эталонное сопротивление, Л-темп.коэф.сопр. сигма t- изменение температуры.

Поскольку нагрев проволоки производится протекающим через нее электрическим током, зная падение напряжения на сопротивлении и силу тока, можно вычислить сопротивление проволоки:

Силу тока определяем по падению напряжения на эталонном сопротивлении, термическим коэффициентом сопротивления которого можно пренебречь.

Экспериментальная установка

1-трубка(изолирующая) 2-проволока(алюминий) 4-груз 5-митрический индикатор 7-нагрузочное сопротивление 8-блок питания 9-вольтметр 10-вольтметр 11-пульт сопротивления 12-переключатель.

Основные расчетные формулы

Для определения эталонного сопротивления используем формулу:

где I-сила тока в цепи, U-напряжение на проволоке, R-искомое эталонное сопротивление.

(1, 2) В; 30 Ом.

Далее определяем сопротивление проволоки для каждого значения силы тока и напряжения.

(10 опытов прямых и 10 опытов обратных)

Далее по формуле ,С определяем температуру проволоки

косвенным способом, используя рассчитанное сопротивление каждого опыта.

Где t-температура, L-темп. коэф. сопр.

После этого с учетом погрешностей находим коэффициент термического расширения

по формуле

Где Lо - Начальная длина проволоки,  σ t-изменение температуры проволоки,  ∆ L-изменение длины проволоки, B-искомый коэффициент термического расширения.

материал проволоки: алюминий

Результаты измерений и вычислений

Таблица 1

Физ.

велич.

U

ист

t

L0

R

пров

U

I

∆L

U

пад

Ед.

изм.

№ опыта

В

С

м

Ом

В

А

мм

В

1

4.32

10

1

1.60

5

0.43

0.024

0.686

0.0240

2

8.61

11

1

1.61

10

0.86

0.094

1.387

0.0160

3

12.88

16

1

1.64

15

1.29

0.214

2.119

0.0160

4

17.10

23

1

1.69

20

1.71

0.389

2.897

0.0177

5

21.25

32

1

1.76

25

2.13

0.624

3.743

0.0173

6

25.32

46

1

1.85

30

2.53

0.928

4.677

0.0257

7

29.27

60

1

1.95

35

2.93

1.314

5.726

0.0263

8

33.07

80

1

2.09

40

3.31

1.794

6.921

0.0299

9

36.70

161

1

2.66

45

3.67

2.421

8.294

0.0160

10

40.11

233

1

3.17

50

4.01

3.116

9.884

0.0139

11

36.70

161

1

2.66

45

3.67

2.385

8.294

0.0158

12

33.07

80

1

2.09

40

3.31

1.793

6.921

0.0295

13

29.60

60

1

1.95

35

2.93

1.313

5.726

0.0260

14

25.32

46

1

1.85

30

2.53

0.928

4.677

0.0255

15

21.25

32

1

1.76

25

2.13

0.623

3.743

0.0171

16

17.10

23

1

1.69

20

1.71

0.388

2.897

0.0176

17

12.88

16

1

1.64

15

1.29

0.214

2.119

0.0160

18

8.61

11

1

1.61

10

0.86

0.094

1.387

0.0160

Расчет эталонного сопротивления проволоки:

Uприборное= 1 В Uэт=0,9498 В Uна проволоке1=0.05017 В I=0.03 А

Rэт1=== 1,67 Ом

Uприборное = 2 В Uэт=1.899 В Uна проволоке2 = 0.1003 В I=0.06 А

Rэт2==1.67 Ом

Исходные данные: U = 20 В; I = 1.71 А;

Погрешности прямых измерений:U = 1,0 B; ∆I = 0,01 A; ∆t = 1,0 c;

Вычисления:

R=U/I=:=1.696 (Ом)

=16 (С)

При значительном нагреве удлинение проволоки превышает рассчитанное по формуле, проявляется эффект, аналогичный пластической деформации при значительном растяжении. Поэтому при обработке экспериментальных данных необходимо рассчитывать коэффициент по температурам, незначительно отличающимся от начальной

Расчет погрешности косвенных измерений

Средняя квадратичная ошибка среднего значения:

==0,0014

Расчет погрешностей косвенных измерений.

N

(-i)

(-i)

(;N)

1

0.0160

0.0168

8

0.064

0.015

2

0.0160

8

0.064

3

0.0177

9

0.081

4

0.0173

5

0.025

= 2.140.0014 = 0.003

== = 0.003

Результат

β=0.017±0.003

Вывод по работе

В ходе работы был измерен коэффициент термического расширения линейного твердого тела. Было проведено 20 опытов на экспериментальной установке, зафиксированы значения приборов и рассчитаны значения температур и сопротивлений. Было обнаружено явление гистерезиса, связанное с пластической деформацией проволоки в результате нагрева и последующего охлаждения снижением напряжения. Сравнивая с табличным значением, которое равно 0.019 , можно сказать о том, что результат близок к действительности. Отклонение результата эксперимента от табличного значения связано с условиями проведения эксперимента.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]