Определение коэффициента термического расширения (линейного) твёрдого тела
Определение температуры металлической проволоки при протекании через неё электрического тока. Коэффициенты объемного и линейного расширения. Определение напряжения на сопротивлении и силы тока. Расчет зависимости удлинения проволоки от её температуры.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.12.2017 |
| Размер файла | 216,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Первое высшее техническое учебное заведение России
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»»
Лабораторная работа
По дисциплине: «Физика»
На тему: «Определение коэффициента термического расширения (линейного) твёрдого тела»
Автор: студент гр. ОП-17 Игошин Д.Д.
Проверил: доцент Гужва М.Е.
Санкт-Петербург, 2017
Цель работы:
1. Определить температуру металлической проволоки при протекании через неё электрического тока.
2. Измерить удлинение проволоки при нагревании.
3. Определить показатель коэффициента термического расширения.
Общие сведения. Практически все физические параметры изменяются при изменении температуры тела. В данной работе экспериментально определяется коэффициент термического расширения твердого тела (металлической проволоки).
Связь между температурой тела и изменением его объема задается формулой
[1]
где - коэффициент объемного расширения, Vo - объем при начальной температуре,
t - изменение температуры.
Для линейного расширения тела формула [1] приводится к виду:
[2]
где - коэффициент линейного расширения, Lo - начальная длина тела, Lo = 1 м.
Из формулы [2] следует, что для определения коэффициента необходимо знать начальную длину проволоки Lo, изменение температуры t и соответствующее изменение длины L. 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 [1]:
[3]
Поскольку нагрев проволоки производится протекающим через нее электрическим током, зная падение напряжения на сопротивлении и силу тока, можно вычислить сопротивление проволоки:
[4]
Силу тока определяем по падению напряжения на эталонном сопротивлении, термическим коэффициентом сопротивления которого можно пренебречь.
При выполнении работы необходимо учитывать, что зависимость [2] выполняется в ограниченном интервале температур. При значительном нагреве удлинение проволоки превышает рассчитанное по формуле [2], проявляется эффект, аналогичный пластической деформации при значительном растяжении. Поэтому при обработке экспериментальных данных необходимо рассчитывать коэффициент по температурам, незначительно отличающимся от начальной.
напряжение температура проволока расширение
Рис.1 Схема установки определения термического расширения тела: 1-трубка; 2-исследуемая проволока; 4- груз; 5-микрометрический индикатор; 7-нагрузочное сопротивление; 8-блок питания; 9-цифровой вольтметр; 10-цифровой вольтметр; 11-переключатель нагрузочного сопротивления.
Основные расчётные формулы:
Сл-термический коэффициент расширения.
Lо-начальная длинна проволоки.
в-коэффициент линейного расширения.
Погрешности прямых измерений:
ДL=0.25 мкм.
ДUэт=0.001 В.
ДUпр=0.001 В.
ДRэт=10 В.
Исходные данные:
Lо=1м.
d=0.01мм.
л=0.006 град-1.
=9,8*10-8 Ом*м
Погрешности косвенных измерений:
Таблица 1. Полученные измерения
|
№ |
Uист, В |
Uпр, В |
Uэт, В |
Rпр, Ом |
t, |
дL, мкм |
в, |
|
|
1 |
1 |
0,293 |
0,706 |
2,590 |
19,81 |
|||
|
2 |
2 |
0,587 |
1,412 |
2,595 |
20,13 |
|||
|
3 |
1 |
0,555 |
0,444 |
7,803 |
354,88 |
1 |
||
|
4 |
6 |
3,369 |
2,630 |
7,996 |
367,28 |
51 |
8,06*10-8 |
|
|
5 |
11 |
6,335 |
4,664 |
8,478 |
398,26 |
170 |
1,65*10-6 |
|
|
6 |
16 |
9,544 |
6,455 |
9,229 |
446,53 |
355 |
3,52*10-6 |
|
|
7 |
21 |
13,030 |
7,965 |
10,211 |
509,65 |
697 |
5,62*10-6 |
|
|
8 |
26 |
16,800 |
9,199 |
11,400 |
586,08 |
889 |
9,12*10-6 |
|
|
9 |
31 |
20,800 |
10,190 |
12,741 |
672,27 |
1293 |
1,03*10-5 |
|
|
10 |
36 |
25,010 |
10,980 |
14,218 |
767,20 |
2171 |
1,36*10-5 |
|
|
11 |
41 |
29,370 |
11,620 |
15,777 |
867,41 |
3353 |
2,17*10-5 |
|
|
12 |
46 |
33,850 |
12,140 |
17,405 |
972,05 |
4861 |
3,20*10-5 |
|
|
13 |
50 |
37,500 |
12,490 |
18,741 |
1057,92 |
6314 |
5,66*10-6 |
|
|
14 |
46 |
33,850 |
12,140 |
17,405 |
972,05 |
5961 |
||
|
15 |
41 |
29,370 |
11,620 |
15,777 |
867,41 |
5686 |
||
|
16 |
36 |
25,010 |
10,980 |
14,218 |
767,20 |
5434 |
||
|
17 |
31 |
20,800 |
10,190 |
12,741 |
672,27 |
5202 |
||
|
18 |
26 |
16,800 |
9,199 |
11,400 |
586,08 |
5090 |
||
|
19 |
21 |
13,030 |
7,965 |
10,211 |
509,65 |
4965 |
||
|
20 |
16 |
9,544 |
6,455 |
9,229 |
446,53 |
4877 |
||
|
21 |
11 |
6,335 |
4,664 |
8,478 |
398,26 |
4795 |
||
|
22 |
6 |
3,369 |
2,630 |
7,996 |
367,28 |
4733 |
||
|
23 |
1 |
0,555 |
0,444 |
7,803 |
354,88 |
4685 |
Примеры вычислений:
.
Расчет погрешностей:
636,32
График 1. Зависимость удлинения проволоки от её температуры
Окончательные результаты с учётом погрешности измерений. Показатель коэффициента термического (линейного) расширения стальной проволоки: в=(13,4800).
Вывод
В ходе работы был измерен коэффициент термического расширения линейного твердого тела. Сравнивая с табличным значением, которое равно 13,48 град-1, можно сказать о том, что результат близок к действительности. Отклонение результата эксперимента от табличного (13.42) на 4,8%.
Это отклонение не лежит в пределах погрешности, связано это может быть с условиями проведения эксперимента.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Коэффициент термического расширения, формулы. Фазовые переходы первого и второго рода в термодинамике. Плавление и кристаллизация, испарение и конденсация, сублимация и десублимация. График зависимости изменения объема воды от температуры и времени.
лабораторная работа [402,2 K], добавлен 22.09.2013Измерение изменения объема воды при нагреве её от 0 до 90 градусов. Расчет показателя коэффициента термического расширения воды. Понятие фазового перехода как превращения вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий.
лабораторная работа [227,4 K], добавлен 29.03.2012Определение линейного теплового потока методом последовательных приближений. Определение температуры стенки со стороны воды и температуры между слоями. График изменения температуры при теплопередаче. Число Рейнольдса и Нусельта для газов и воды.
контрольная работа [397,9 K], добавлен 18.03.2013Расчет падения напряжения на резисторе. Сущность метода пропорциональных величин. Определение коэффициента подобия. Расчет площади поперечного сечения проводов линии электропередачи. Вычисление тока потребителя. Векторная диаграмма тока и напряжения.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 30.09.2013Понятие электрической цепи и электрического тока. Что такое электропроводность и сопротивление, определение единицы электрического заряда. Основные элементы цепи, параллельное и последовательное соединения. Приборы для измерения силы тока и напряжения.
презентация [4,6 M], добавлен 22.03.2011Принцип работы трансформатора и материалы, применяемые при его изготовлении. Выбор магнитопровода, обмоток и полного тока первичной обмотки. Расчет тока и напряжения холостого хода. Определение температуры перегрева и суммарных потерь в меди и стали.
курсовая работа [5,0 M], добавлен 12.12.2012Моделирование электрической цепи с помощью программы EWB-5.12, определение значение тока в цепи источника и напряжения на сопротивлении. Расчет токов и напряжения на элементах цепи с использованием формул Крамера. Расчет коэффициента прямоугольности цепи.
курсовая работа [86,7 K], добавлен 14.11.2010Параметры трансформатора тока (ТТ). Определение токовой погрешности. Схемы включения трансформатора тока, однофазного и трехфазного трансформатора напряжения. Первичная и вторичная обмотки ТТ. Определение номинального первичного и вторичного тока.
практическая работа [710,9 K], добавлен 12.01.2010Метод комплексных амплитуд. Напряжение на активном сопротивлении. Применение комплексных величин для расчётов цепей переменного тока. Отношение комплексной амплитуды напряжения к амплитуде силы тока. Определение комплексного сопротивления участка цепи.
реферат [280,7 K], добавлен 20.03.2016Расчет сопротивления внешнего шунта для измерения магнитоэлектрическим амперметром силового тока. Определение тока в антенне передатчика при помощи трансформатора тока высокой частоты. Вольтметры для измерения напряжения с относительной погрешностью.
контрольная работа [160,4 K], добавлен 12.05.2013
