1

UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KYTOWICYCH

I PRACOWNIA FIZYCZNA

Ć W I C Z E N I E NR 30

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA

ROZSZERZALNOŚCI LINIOWEJ CIAŁ STAŁYCH

ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTĘPNEGO

1. Rozszerzalność cieplna ciał stałych, ciekłych i gazowych.
2. Siły międzycząsteczkowe. Energia wiązania w ciałach ciał stałych, ciekłych i gazowych.
3. Wzory dotyczące liniowej i objętościowej rozszerzalności temperaturowej ciał stałych.
4. Związek

między

liniowym

a

objętościowym

współczynnikiem

rozszerzalności

temperaturowej.

5. Budowa termostatu.
6. Termiczny wyłącznik bimetaliczny.

APARATURA

• Termostat z przewodami doprowadzającymi.

• Dylatometr z trzema rurkami A, B,C.

• Czujniki mikrometryczne.

• Linijka lub przymiar taśmowy.

2

WZORY SCHEMATY

Współczynnik rozszerzalności liniowej definiujemy jako

∆t

l

∆l

α

0

=

(30.1)

gdzie:

0

t

l

l

∆l

−

=

;

0

t

t

∆t

−

=

t

o

, t – temperatura początkowa i dana

0

t

l

,

l

- długości ciała w temperaturach t i t

o

Stosunek zmiany długości do długości początkowej

0

l

∆l

nazywamy względną zmianą długości,

czyli:

współczynnik rozszerzalności α oznacza względną zmianę długości przypadającą na jednostkę

zmiany temperatury

.

Długość ciała stałego przy zmianie temperatury o

∆t

określa zależność:

(

)

∆t

α

1

l

l

0

t

×

+

×

=

(30.2)

WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Zamontować do dylatometru czujniki mikrometryczne (poprosić o sprawdzenie

prowadzącego lub laboranta).

2. Włączyć termostat (wraz z obiegiem chłodzącej wody), grzałka wyłączona (pokrętło

przełącznika skierowane w dół).

3. Po ustabilizowaniu się temperatury odczytać jej wartość początkową

t

0

i pomierzyć

kilkakrotnie długości początkowe

l

0

każdej rurki dylatometrycznej.

4. Wyzerować czujniki mikrometryczne przy t = t

0

.

4. Nastawić na termometrze kontaktowym termostatu temperaturę wyższą o ok. 5

o

C od

temperatury początkowej i załączyć grzanie (pokrętło przełącznika skierowane do góry).

5. Po ustabilizowaniu się temperatury odczytać dokładną wartość temperatury

t

i odpowiadające jej zmiany długości rurek dylatometrycznych

∆l

na czujnikach

mikrometrycznych.

6. Powtarzać kolejno czynności wg pkt. 4-5 aż do osiągnięcia temperatury ok.80

o

C.

7. W podobny sposób przeprowadzić pomiary dla temperatur malejących.

8. Zestawić dane doświadczalne dla każdej rurki dylatometrycznej w tabeli zawierającej

wartości

l

0

oraz

∆l

dla kolejnych temperatur

t

. Dla wszystkich danych pomiarowych (

l

0

,

∆l, t

) określić błąd doświadczalny..

3

Uwaga!!

Termometr kontaktowy służy wyłącznie do nastawiania przybliżonej wartości
temperatury stabilizowanej. Dokładną wartość temperatury odczytujemy
z termometru z nim sąsiadującego.

OBLICZENIA

1. Dla każdej rurki dylatometrycznej obliczyć średnią wartość długości początkowej

l

0

.

Określić niepewność pomiarową

∆ l

0.

2. Dla wszystkich temperatur obliczyć przyrosty temperatur

0

t

t

∆t

−

=

. Określić niepewności

pomiarowe

∆

(

∆

t)

oraz ∆

(

∆

l).

3. Dla każdej rurki dylatometrycznej sporządzić wykres

∆

l/l

0

w funkcji

∆

t. Metodą regresji

liniowej wyznaczyć współczynnik nachylenia prostej, który w tym przypadku jest równy
współczynnikowi rozszerzalności cieplnej

α

. Należy posłużyć się metodą regresji liniowej

korzystając z odpowiednich programów (kalkulator typu „Scientific”, ORIGIN, EXCELL).
Wyznaczyć niepewność pomiarową

∆α

.

4. W celach porównawczych należy sporządzić dodatkowo jeden wspólny wykres

∆

l/l

0

w

funkcji

∆

t dla wszystkich badanych materiałów i na jego podstawie przeanalizować uzyskane

wyniki pomiarów.

5. Porównać otrzymane wartości współczynników rozszerzalności cieplnej z danymi

literaturowymi

i

potwierdzić, że materiały, z których wykonano rurki A, B, C , to stal, miedź,

mosiądz.

∆l/l

0

∆t

4

LITERATURA

1. T. Dryński,

Ćwiczenia Laboratoryjne z Fizyki

(PWN, Warszawa).

2. H. Szydłowski,

Pracownia Fizyczna

(PWN, Warszawa).

3. S. Szczeniowski,

Fizyka Doświadczalna

,

t. II Ciepło

(PWN, Warszawa).

4. Dowolny podręcznik z

Fizyki Ogólnej

zawierający tematykę ćwiczenia.

1