Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej
Nazwisko i imię studenta Grzegorz Duda
|
Symbol grupy ED. 3.5 |
||||||
Data wyk. Ćwiczenia
1996-11-06 |
Symbol ćwiczenia
10.1
|
Temat zadania Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności liniowej i objętościowej. |
|||||
|
ZALICZENIE |
|
|
Ocena |
Data |
Podpis |
|
Część teoretyczna:
Wraz ze wzrostem temperatury, ciała na ogół powiększają swoją objętość; dotyczy to zarówno ciał stałych, ciekłych jak i gazowych. W przypadku ciał stałych na odległość pomiędzy poszczególnymi atomami w strukturze materii ma wpływ ich energia w postaci drgań. Krzywa energii potencjalnej wzajemnego oddziaływania dwóch cząsteczek jest niesymetryczna w związku z tym wraz ze wzrostem energii atomów a tym samym amplitudy ich drgań, średnia odległość pomiędzy atomami rośnie. Dla lepszego matematycznego opisu wprowadzono współczynnik rozszerzalności objętościowej βi liniowej λ,oraz w przybliżeniu β=3λ
Rozszerzalność większości monokryształów jest anizotropowa, czyli różna dla różnych kierunków krystalograficznych. W praktyce jednak rzadko spotykamy monokryształy, częściej ciała polikrystaliczne, w których rozszerzalność nie zależy od kierunku, i wystarczy znać np. przyrost długości ciała aby wyznaczyć przyrost powierzchni czy objętości.
Rys. Zesaw przyrządów do wyznaczania współczynnika rozszerzalności ciał stałych
T - termometr
B - nieruchome gniazdo
R - ruchome ramie
F - czujnik zegarowy
Część wykonawcza:
1) Mosiądz
Tabela pomiarowa nr1
Lp. |
l1 |
t1 |
t2 |
T1 |
T2 |
l |
|
1-2 |
|
m |
°C |
°C |
K |
K |
m |
K-1 |
K-1 |
|
33 |
40 |
306,15 |
313,15 |
0,00009 |
0,001367 |
0,0041 |
|
|
40,5 |
50 |
313,65 |
323,15 |
0,00007 |
0,001443 |
0,004328 |
|
|
50,5 |
60 |
323,65 |
333,15 |
0,00007 |
0,001443 |
0,004328 |
|
0,461 |
60,5 |
70 |
333,65 |
343,15 |
0,00012 |
0,002473 |
0,007419 |
|
|
70,5 |
80 |
343,65 |
353,15 |
0,00006 |
0,001236 |
0,003709 |
|
|
80 |
90 |
353,15 |
363,15 |
0,00008 |
0,001735 |
0,005206 |
|
|
90 |
100 |
363,15 |
373,15 |
0,0002 |
0,004338 |
0,013015 |
Przykłady obliczeń dla miedzi dla punktu 1.
Δ(Δl)=0,01 mm ΔT= 10 Δl1=1 mm
2) Żelazo.
Tabela pomiarowa nr 2
Lp. |
l1 |
t1 |
t2 |
T1 |
T2 |
l |
|
1-2 |
|
m |
°C |
°C |
K |
K |
m |
K-1 |
K-1 |
|
29,5 |
50 |
302,65 |
323,15 |
0,00013 |
0,0058 |
0,017399 |
|
|
50,5 |
60 |
323,65 |
333,15 |
0,00004 |
0,000827 |
0,002481 |
|
0,4595 |
60,5 |
70 |
333,65 |
343,15 |
0,000035 |
0,000724 |
0,002171 |
|
|
70,5 |
80 |
343,65 |
353,15 |
0,000037 |
0,000775 |
0,002326 |
|
|
80,5 |
90 |
353,65 |
363,15 |
0,00005 |
0,001034 |
0,003101 |
|
|
90,5 |
100 |
363,65 |
373,15 |
0,00005 |
0,001034 |
0,003101 |
Wnioski:
Pomiar rozszerzalności temperaturowej wykonywany był ot temperatury otoczenia aż do temperatury 950C. Współczynnik rozszerzalności liniowej λ1-2 obliczany był dla różnic temperatur T-T0 gdzie T było temperaturą mierzoną a T0 temperaturą otoczenia. Dla małych różnic pomiędzy T a T0 gdzie przyrosty długości były bardzo niewielkie, wzrastał bardzo błąd pomiaru λ ( dla stali na początku osiągnął 300%, a już dla pełnej różnicy temperatur zmniejszył się do około 4%). Czyli im większy się weźmie przedział ΔT tym wynik wychodzi bardziej dokładnie, ale nie uwzględnia on nieliniowości współczynnika λ (zmienia się on wraz z temperaturą). Wartość współczynnika λ wyszła zgodnie z oczekiwaniem w granicach wartości 10-51/K.