Определение коэффициента термического расширения объемного жидкости
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра общей и технической физики
Отчёт По лабораторной работе №11
По дисциплине: Физика
Тема: Определение коэффициента термического расширения (объемного)
жидкости
Санкт-Петербург 2019
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Цель работы
1)измерить изменение объема воды при нагревании от 0 С до 38 С;
2)определить коэффициент термического расширения воды
Краткое теоретическое содержание:
Явление, изучаемое в работе: термическое расширение. Основные определения и понятия:
Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия системы.
Коэффициент термического расширения воды– величина, характеризующая относительную величину изменения объема или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К, при постоянном давлении.
Термическое расширение – изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры.
Экспериментальная установка :
Колба 1 помещена в термостатированный объем 3, по которому циркулирует вода с температурой, заданной термостатом 4. Колба закрыта и сверху в нее вставлена измерительная трубка 2, позволяющая измерять высоту столба жидкости, вытесненной из колбы при нагревании. Температура измеряется термометром 5.
Термостат 4 управляется с пульта 6. Пульт содержит задатчик температуры (в С), переключатели "НАГРЕВ" и "ЦИРК". Переключатель
"НАГРЕВ" включает режим поддержания температуры воды внутри термостата равной заданной, при выключенном переключателе "НАГРЕВ" температура воды устанавливается равной комнатной. Переключатель "ЦИРК" включает или выключает циркуляцию воды через термостатированный объем 3.
Основные расчетные формулы:
Средний коэффициент термического расширения воды :
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
V
V0 t
где,
- коэффициент термического расширения [ ] = oC-1 Vo - начальный объем воды, [Vo] = м³
t - температура воды, [t] = oC Изменение объема воды:
VD2 hmax hmin
4
где,
D - диаметр трубки, [D] = м
V – изменение объема воды, [ V] = м³
hmax - hmin - начальная высота жидкости, [h] = см
Коэффициенты термического расширения воды для каждого измеренного интервала температур:
|
|
|
|
hn 1 hn |
|
1 |
|
n |
|
4 V0 |
hn |
tn 1 tn |
|||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
D2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где,
n - коэффициент термического расширения воды на n – интервале, [ n ] =
=oC-1;
hn - высота столба воды в начале n - интервала; hn+1 - высота столба воды в конце n - интервала; tn - температура воды в начале n - интервала; tn+1 - температура воды в конце n - интервала.
Погрешности прямых измерений:
h 0,5мм 5 10 4 м
t 0,1 С
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Таблица 1
Физ. |
|
|
|
|
|
Величина |
T |
h |
δV |
α |
α'n |
Ед. изм. |
|
|
|
|
|
№ опыта |
°С |
см |
м^3 |
°с^-1 |
°с^-1 |
1 |
0 |
3,8 |
|
|
|
2 |
1 |
3,7 |
0,000000020 |
0,00000063 |
-0,00003921 |
3 |
2 |
3,6 |
0,000000020 |
0,00000063 |
-0,00003429 |
4 |
3 |
3,6 |
0,000000000 |
0,00000000 |
0,00000000 |
5 |
4 |
3,6 |
0,000000000 |
0,00000000 |
0,00000000 |
6 |
5 |
3,6 |
0,000000000 |
0,00000000 |
0,00000000 |
7 |
6 |
3,6 |
0,000000000 |
0,00000000 |
0,00000000 |
8 |
7 |
3,7 |
0,000000020 |
0,00000063 |
0,00003441 |
9 |
8 |
3,8 |
0,000000020 |
0,00000063 |
0,00003429 |
10 |
9 |
3,95 |
0,000000029 |
0,00000094 |
0,00005126 |
11 |
10 |
4,15 |
0,000000039 |
0,00000125 |
0,00006799 |
12 |
11 |
4,4 |
0,000000049 |
0,00000156 |
0,00008442 |
13 |
12 |
4,7 |
0,000000059 |
0,00000188 |
0,00010045 |
14 |
13 |
5 |
0,000000059 |
0,00000188 |
0,00009945 |
15 |
14 |
5,3 |
0,000000059 |
0,00000188 |
0,00009847 |
16 |
15 |
5,7 |
0,000000079 |
0,00000250 |
0,00013002 |
17 |
20 |
8 |
0,000000452 |
0,00001438 |
0,00014760 |
18 |
25 |
11 |
0,000000589 |
0,00001876 |
0,00017929 |
19 |
30 |
14,6 |
0,000000707 |
0,00002251 |
0,00019745 |
20 |
35 |
18,9 |
0,000000844 |
0,00002689 |
0,00021465 |
21 |
40 |
23,8 |
0,000000962 |
0,00003064 |
0,00022090 |
22 |
45 |
29,1 |
0,000001041 |
0,00003314 |
0,00021516 |
23 |
50 |
35,1 |
0,000001178 |
0,00003752 |
0,00021992 |
24 |
55 |
41,4 |
0,000001237 |
0,00003939 |
0,00020804 |
25 |
60 |
48,1 |
0,000001316 |
0,00004190 |
0,00020040 |
26 |
62,8 |
52 |
0,000000766 |
0,00002439 |
0,00018934 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Исходные данные: t 0 С ;
h0=3,8 см |
|
|
|
|
|
|
||
D=0,005м диаметр трубки |
|
|
|
|
||||
Vo 0,5л 5 10 4 м3 ; начальный объем жидкости |
|
|
|
|||||
Пример вычислений по первой строке: |
|
|
|
|||||
Средний коэффициент термического расширения воды : |
|
|
||||||
α= |
∆ v |
= |
π D2 (hmax−hmin) |
= |
3,14 0,0025 (52−3,8) |
=0,00030265 |
° С |
−1 |
v0 t |
4 V 0 t |
4 0,0005 62,8 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
Коэффициент термического расширения жидкости на n-интервале:
|
h3−h2 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 v0 |
+h2 |
(3 ,7−3 ,8) 1 |
0 |
С |
−1 |
) |
|
a '2= |
π D2 |
= |
( |
|
||||
|
4 0 , 000 5 |
|
=−0 ,00003921 |
|
|
|
||
|
t3 −t2 |
+3 ,7 |
|
|
|
|
||
|
|
|
3 ,14 0 , 00 025 |
|
|
|
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
α'=f(t)
12,00000000
10,00000000
8,00000000
α',°с^-1 6,00000000
4,00000000
2,00000000
0,00000000
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
|
|
|
t, °C |
|
|
|
|
Рисунок 1
α'=f(t)
Скользящее среднее (α'=f(t))
Вывод: проведя опыт, мы выяснили, что при нагревании объём воды увеличивается с определённым коэффициентом термического расширения. Также сначала объём уменьшался из-за того, что таял лёд, плотность которого меньше, чем у воды. αср= 0,00030265 °С-1.