1

10.X.2010

ĆWICZENIE NR 29

POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA ROZSZERZALNOŚCI

LINIOWEJ METALI METODĄ ELEKTRYCZNĄ

I.

Zestaw przyrządów:

1.

Czujnik mikrometryczny do pomiaru wydłużenia drutu

2.

Zasilacz prądu stałego: wydajność prądowa = 5A , U

wy

=12V

3.

Cyfrowy miernik temperatury.

4.

Termos.

5.

Termopara.

II.

Schemat układu pomiarowego

III.

Przygotowanie zestawu pomiarowego do pracy:

1.

Sprawdzić zgodność elementów układu pomiarowego z powyższą listą.

2.

Napełnić termos mieszaniną wody z drobnymi kawałkami lodu. Umieścić końcówkę
termopary głęboko wewnątrz termosu. Odczekać parę minut (2-3 min.) w celu
ustabilizowania się temperatury wewnątrz termosu.

3.

Sprowadzić wskazówkę skali lustrzanej urządzenia pomiarowego do umownego
położenia zerowego znajdującego się w środkowej części skali
(nie jest to „0” tej skali



).

4.

Ustawić czujnik mikrometryczny tak, by duża wskazówka pokrywała się z cyfrą „0”
jego skali na obwodzie. W tym celu należy ostrożnie przekręcić pierścień czujnika.

W trakcie pomiarów nie dotykamy czujnika mikrometrycznego



5.

Dokonać pięciokrotnego ustawienia wskazówki w położeniu zerowym skali lustrzanej,
odczytując każdorazowo wskazanie czujnika mikrometrycznego. Obliczając średnią
niepewność bezwzględną wskazań czujnika, ocenimy niepewność pomiaru przyrostu
długości drutu wynikającą z dokładności ustawienia wskazówki w położeniu zerowym
skali lustrzanej.

6.

Włączyć miernik temperatury i odczytać jego wskazanie - temperaturę początkową t

o

,

w której długość badanego drutu wynosi L

o

=1,110



0,004[m].

IV.

Przebieg pomiarów:

1.

W obecności prowadzącego zajęcia – pokrętła regulacji ograniczenia prądowego
i napięciowego ustawić w lewym skrajnym położeniu (takiemu położeniu odpowiada
wartość 0A i 0V). Włączyć zasilacz. Ustawić napięcie bez obciążenia na ok. 9V i nie
zmieniać (aktualnie napięcie wyjściowe jest już ustawione i na pokrętło regulacji

ZASILANIE

(

ogrzewanie drutu)

termopara obudowa

skala

badany drut

wskazówka

MIERNIK

TEMPERATURY

TERMOS













































=

Pokrętło

zerowania

Czujnik

mikrometryczny

2

napięciowej jest założona blokada). Wartość prądu w obwodzie zmieniać od 0 co
ok. 0,4 A - do chwili osiągnięcia temperatury ok.140

o

C.

2.

Po każdorazowym ogrzaniu drutu odczekać około 2 min., aby ustabilizowały się
naprężenia powstałe w nim wskutek zmiany temperatury. Zanotować uzyskaną
temperaturę. Następnie sprowadzić wskazówkę urządzenia pomiarowego do
położenia zerowego na skali lustrzanej i odczytać wskazanie



L



czujnika

mikrometrycznego. Wartości



L



są dwukrotnie większe od rzeczywistych

przyrostów długości drutu



L z powodu zastosowania w urządzeniu pomiarowym

odpowiedniej przekładni mechanicznej. Rzeczywiste przyrosty długości drutu
wyznaczymy ze wzoru



L



= 2(L

t

– L

o

) = 2



L, gdzie L

t

oznacza długość drutu

w danej temperaturze.

3.

Pomiary przeprowadzać do temperatury drutu nie większej niż 140

o

C.

UWAGA: Podczas oziębiania drutu należy zachować szczególną
ostrożność, aby nie spowodować jego zerwania. Temperaturę drutu
obniżamy stopniowo (stopniowe zmniejszanie napięcie zasilania) tak, by
wskazówka skali lustrzanej nie wychodziła poza górny brzeg skali. Przed
kolejnym zmniejszeniem napięcia sprowadzamy tę wskazówkę do
umownego położenia zerowego. Zasilanie elektryczne można wyłączyć,
gdy wskazanie czujnika mikrometrycznego osiągnie wartość początkową.

IV.

Opracowanie wyników

1.

Sporządzić wykres zależności względnego wydłużenia drutu

o

L

L



od przyrostu

temperatury



T (ΔT=t-t

o

). Dla wybranych punktów z początkowego, środkowego

i końcowego zakresu temperatur zaznaczyć pola niepewności. Z nachylenia
wykresu wyznaczyć współczynnik rozszerzalności liniowej α badanego materiału.

2.

Metodą regresji liniowej wyznaczyć, a następnie omówić, parametry prostej
y = Ax



B ( gdzie: y =ΔL/L

o

, x=ΔT, A=α, niepewność



A=Δα ) oraz współczynnik

korelacji r. Nanieść na wykres prostą najlepszego dopasowania. Porównać
parametry tej prostej z wartością α i wyznaczoną w punkcie 1.

3.

Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w tabelce.

V.

Proponowana tabela pomiarowa

L

o

ΔL

o

t

o

t

Δt

∆T

ΔL’

Δ(ΔL’)

m

m

o

C

o

C

o

C

o

C

m

m

...

...

ΔL

Δ(ΔL)

o

L

ΔL
















o

L

ΔL

z wykresu

z regresji

α

Δα

α

α=A

Δα=∆A

m

m

1/K

1/K

1/K

%

...

...