Порядок виконання роботи

1. Записати вихідні дані експерименту:

g = (9,810±0,001)м/с²; ₀ = (7,30±0.05) 10^-2 Н/м;  = (9,990 ± 0.005) 10³ кг/м³ за температури 20°С.

2. Трубку з капіляром 4 встановити так, щоб її кінець лиш торкався поверхні води в посудині 3.

3. Задати в термостаті температуру 20°С.

4. Повільно відкручуючи вентиль 7, стежити за кінцем капіляра. В момент появи бульбашки зафіксувати різницю рівнів рідини в манометрі h₀. Результати вимірювань записати в таблицю. Дослід повторити тричі.

5. Обчислити за формулою (4) сталу приладу k.

6. Закрутити вентиль мікрокомпресора 7 і ввімкнути живлення нагрівника 2 (220 В). Стежачи за показами термометра 9, повторити вимірювання згідно з п. 4 через кожні 10°С. (Не менше п’яти значень). Результати вимірювань записати в таблицю:

Номер за пор.	t, °С	h0, м	h0, м	k, м-1	k, м-1	h1, м	h1, м	, н/м
1
....
5
С.з.

7. На підставі усереднених значень h₀ і h (t°С) обчислити за формулою (5) значення (t°С) за різних температур. Результати розрахунків записати в таблицю.

8. Похибки k і  обчислити за формулами

;

.

9. Кінцевий результат записати у вигляді n отриманих за різних температур значень :

_n = (   ), Е_ ==...%.

10. На міліметровому папері побудувати графік залежності  =f (t,°С).

Контрольні запитання

1. Опишіть тепловий рух молекул рідини.

2. Які риси є спільними у тепловому русі молекул газів, рідин і твердих тіл?

3. Запишіть дві формули, на підставі яких дають два різні означення фізичного змісту коефіцієнта поверхневого натягу.

4. Які чинники можуть змінювати коефіцієнт поверхневого натягу рідини?

5. Чим зумовлена температурна залежність коефіцієнта поверхневого натягу рідин?

6. Запишіть і поясніть формулу Лапласа.

7. Якого значення набуває коефіцієнт поверхневого натягу рідини, коли її температура дорівнює критичній?

Лабораторна робота №208. Дослідження теплового розширення металів

Завдання: виміряти значення температурного коефіцієнта лінійного розширення металевого стрижня в інтервалі температур 20–120°С і побудувати графік залежності відносного видовження стрижня від температури.

Приладдя: установка для вивчення теплового розширення металевих стрижнів (рис. 8), індикатор для вимірювання абсолютного видовження, термопара, стрижні з різних металів.

Теоретичний матеріал, який необхідно засвоїти під час підготовки до виконання роботи: залежність потенціальної енергії взаємодії молекул та сили взаємодії молекул від відстані між ними; пояснення з погляду молекулярно-кінетичної теорії явища лінійного розширення металів; поняття про абсолютне та відносне видовження; фізичний зміст коефіцієнтів лінійного та об’ємного розширення.

Література:

1) § 18.5, с. 358–360;

2) § 20.1, с. 108–110; § 20.4, с.11–113;

3) § 53, с. 168–173; § 55, с. 177–178;

4) §60, с. 103–105.

О

Рис. 8

пис установки. Установка для дослідження теплового розширення металів зображена на рис. 8. Уздовж осі циліндра 1, у якому розміщений нагрівальний елемент, є металевий стрижень 7 з досліджуваного матеріалу. Лівий кінець стрижня закріплений, а правий дотикається до штока індикатора зміни довжини 6 (ціна поділки індикатора становить 0,01 мм). Температуру стрижня підвищують наг-рівальним елементом, який через ви-микач 2 увімкнений до джерела жив-лення 220 В, а вимірюють термопарним датчиком 3 і потенціометром 5, шкала якого проградуйована в градусах Цельсія.

Ідея роботи та виведення робочої формули. Тверді кристалічні тіла, як звичайно, під час нагрівання розширюються, а під час охолодження стискаються. Явище теплового розширення зумовлене тим, що зі зміною температури змінюється потенціальна енергія взаємодії молекул між собою та амплітуда їхніх ангармонічних коливань. Кількісно теплове розширення твердих тіл описує коефіцієнт лінійного розширення . Він означає, на яку частину початкової довжини (виміряної за 0°С) збільшується довжина тіла внаслідок його нагрівання на 1°С.

Розглянемо, наприклад, стрижень, довжина якого суттєво більша вiд поперечних розмірів. Якщо довжину стрижня за 0°С позначити як l₀ , а за t°С – як l, то коефіцієнт лінійного розширення

, (1)

де l=l–l₀ – абсолютне видовження стрижня під час його нагрівання від 0°С до t°С; t=t–t₀ – зміна температури; =l/l₀ – відносне видовження стрижня.

Оскільки у формулі (1) фігурує довжина стрижня за 0°С, а вимірювання проводять за температур, починаючи від кімнатної і вище, то для виведення робочої формули потрібно врахувати, що початкова довжина стрижня відрізняється від l₀ і становить

l₁ = l₀ ( 1 +  t₁° ), (2)

де l₁ – довжина стрижня за кімнатної температури t₁°С.

У результаті нагрівання стрижня до t°C (t°Ct₁°С) його довжина

l=l₀ (1+ t°). (3)

Поділимо (3) на (2) і врахуємо, що l=l₁+l, отримаємо

, a . (4)

Це і є робочі формули лабораторної роботи.