Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej

Nazwisko i imię studenta

Pietrzyk Dariusz

Instytut i symbol grupy

Ed 3.5

Data wyk. Ćwiczenia

Symbol ćwiczenia

Temat zadania

Pomiar rozszerzalności temperaturowej

ZALICZENIE

Ocena

Data

Podpis

Podstawy teoretyczne.

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

Tabela pomiarów

Lp.	Nazwa	l1	T1	T2	Δl	λ1-2	Δλ1-2%	β1-2	Δβ1-2%
	materi.	[m.]	[K]	[K]	[mm]	[K^-1]	[%]	[K^-1]	[%]
1				303	0,026	0,0000092	54,1	0,0000276	162,2
2				308	0,13	0,0000260	16,6	0,0000781	49,9
3				313	0,19	0,0000265	11,6	0,0000796	34,7
4	m.			318	0,24	0,0000257	9,0	0,0000772	27,1
5	i			323	0,28	0,0000243	7,6	0,0000730	22,7
6	e	434	296,5	328	0,32	0,0000234	6,5	0,0000702	19,6
7	d			333	0,37	0,0000234	5,7	0,0000701	17,0
8	ź			338	0,41	0,0000228	5,1	0,0000683	15,2
9				343	0,45	0,0000223	4,6	0,0000669	13,8
10				348	0,49	0,0000219	4,2	0,0000658	12,6
11				353	0,52	0,0000212	3,9	0,0000636	11,8
12				358	0,55	0,0000206	3,7	0,0000618	11,0
13				363	0,58	0,0000201	3,5	0,0000603	10,4
14				368	0,61	0,0000197	3,3	0,0000590	9,8
1				298	0,025	0,0000384	106,9	0,0001152	320,7
2				303	0,08	0,0000284	28,1	0,0000851	84,3
3				308	0,11	0,0000220	18,0	0,0000661	54,1
4				313	0,14	0,0000196	13,4	0,0000587	40,3
5	s			318	0,16	0,0000171	11,1	0,0000514	33,4
6	t	433	296	323	0,18	0,0000157	9,6	0,0000470	28,7
7	a			328	0,2	0,0000146	8,4	0,0000439	25,2
8	l			333	0,22	0,0000139	7,5	0,0000417	22,5
9				338	0,24	0,0000133	6,8	0,0000400	20,4
10				343	0,257	0,0000127	6,3	0,0000382	18,8
11				348	0,282	0,0000126	5,7	0,0000379	17,2
12				353	0,32	0,0000131	5,1	0,0000392	15,4
13				358	0,35	0,0000131	4,7	0,0000393	14,1
14				363	0,372	0,0000129	4,4	0,0000387	13,3
15				368	0,393	0,0000127	4,2	0,0000380	12,5

Przykłady obliczeń dla miedzi dla punktu 1.

Δ(Δl)=0,01 mm ΔT= 1⁰ Δl₁=1 mm

Wnioski:

Pomiar rozszerzalności temperaturowej wykonywany był ot temperatury otoczenia aż do temperatury 95⁰C. Współczynnik rozszerzalności liniowej λ_1-2 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.

---