I PRACOWNIA FIZYCZNA, INSTYTUT FIZYKI UMK, TORUŃ

Instrukcja do ćwiczenia nr 29

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA

ROZSZERZALNOŚCI LINIOWEJ CIAŁ STAŁYCH

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie zjawiska rozszerzalności liniowej ciał stałych oraz wyznaczenie
współczynnika rozszerzalności liniowej dwóch metalowych prętów.

2. Zagadnienia do przygotowania

zjawisko rozszerzalności liniowej ciał stałych i jego przykłady z życia codziennego

współczynnik rozszerzalności liniowej

rozszerzalność liniowa a rozszerzalność objętościowa

Rys. 1.

Schemat układu pomiarowego.

Aktualizacja: 2011-02-18

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schemat aparatury

Aparaturę służącą do pomiaru rozszerzalności liniowej metalowych prętów przedstawiono na rys. 1.
Jeden koniec każdego z prętów zamocowano w nieruchomym uchwycie, drugi natomiast może się
swobodnie poruszać. Temperaturę wody w płaszczu wodnym otaczającym oba pręty kontroluje
ultratermostat, co pozwala na bieżące monitorowanie temperatury prętów. W celu ograniczenia strat
ciepła zastosowano termoizolację płaszcza wodnego i przewodów doprowadzających wodę. Zmiany
długości prętów wskazują czujniki zegarowe.

4. Przebieg ćwiczenia - tabela pomiarów

napełniamy zbiornik ultratermostatu wodą (powyżej wlotu wody do pompy)

włączamy obieg wody poprzez ustawienie przełącznika ultratermostatu w pozycji

po 10 min mierzymy pięciokrotnie taśmą mierniczą długości początkowe prętów L

0,1

, L

0,2

oraz

odczytujemy po każdym pomiarze temperaturę początkową t

0

wskazywaną przez termometr

ultratermostatu

wyniki zapisujemy w tabeli pomiarów nr 1

zerujemy czujniki zegarowe

sprawdzamy ustawienie temperatury końcowej na termometrze kontaktowym (powinno wynosić
90 ºC)

włączamy grzałkę, ustawiając przełącznik w pozycji 1000 W

co 5 ºC odczytujemy bezwzględne przyrosty długości prętów ΔL

1

, ΔL

2

, zapisując wyniki w tabeli

pomiarów nr 2

wyłączamy grzałkę

po uzyskaniu akceptacji wyników opróżniamy ultratermostat z wody

Tabela pomiarów nr 1.

#

L

1,0

(mm)

L

2,0

(mm)

t

0

(ºC)

1

2

3

4

5

Tabela pomiarów nr 2.

t (ºC)

ΔL

1

(mm)

ΔL

2

(mm)

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

5. Opracowanie wyników

wyznaczamy wartości średnie długości początkowych prętów <L

0,1

>, <L

0,2

> oraz temperatury

początkowej <t

0

>

dla obydwu prętów sporządzamy wykres zależności bezwzględnego przyrostu długości ΔL od
bezwzględnego przyrostu temperatury Δt

dopasowujemy linie proste, a następnie, wiedząc że ΔL = L

0

λ Δt, wyznaczamy współczynniki

rozszerzalności liniowej λ

1

, λ

2

szacujemy niepewności pomiarowe

6. Literatura

T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, wyd. VI, PWN, Warszawa 1977 (lub inne
wydanie)

D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, „Podstawy fizyki”, PWN, Warszawa 2007

S. Szczeniowski, „Fizyka doświadczalna. Cz. 2, Ciepło i fizyka cząsteczkowa”, PWN, Warszawa
1976

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”, wyd. IX, PWN, Warszawa 1997 (lub inne wydanie)

A. Bielski, R. Ciuryło, „Podstawy metod opracowania pomiarów”, wyd. II, Wydawnictwo
Naukowe UMK, Toruń 2001