Laboratorium Podstaw Fizyki

Nr ćwiczenia: 29

Temat ćwiczenia: Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności liniowej metodą elektryczną.

Nazwisko i Imię prowadzącego kurs: Dr inż. Kazimierz Sierański

Wykonawca:
Imię i Nazwisko nr indeksu	Michał Bąk (192863)
Termin zajęć: dzień tygodnia, godzina	09.03.2012r. godzina 9:15
Numer grupy ćwiczeniowej
Data oddania sprawozdania:	30.03.2012r.
Ocena końcowa

Zatwierdzam wyniki pomiarów.

Data i podpis prowadzącego zajęcia:..........................................................................

Adnotacje dotyczące wymaganych poprawek oraz daty otrzymania poprawnego sprawozdania.

1. OPIS TEORETYCZNY.

Lepkością lub tarciem wewnętrznym nazywamy zjawisko występowania sił stycznych przeciwstawiających się przemieszczeniu jednych części ciała względem innych jego części. Wskutek tarcia występującego między cząsteczkami cieczy lub gazu, poruszająca się cząstka pociąga za sobą cząsteczki sąsiadujące z nią z prędkością tym bardziej zbliżoną do prędkości własnej, im ciecz lub gaz są bardziej lepkie. Analogicznie cząsteczka spoczywająca hamuje poruszające się cząsteczki sąsiednie. Ze względu na to, że wszystkie rzeczywiste ciecze i gazy są lepkie zjawisko lepkości odgrywa istotną rolę podczas przepływu cieczy oraz podczas ruchu ciała stałego w ośrodku ciekłym.

Ciało stałe, poruszające się w ośrodku ciekłym, napotyka na opór. W otoczeniu ciała obserwujemy wtedy ruch cieczy. Mechanizm tego zjawiska jest następujący : warstwa cieczy, przylegająca do powierzchni poruszającego się ciała, wprawia w ruch pozostałe warstwy cieczy. Tak więc istotną rolę odgrywa tu lepkość cieczy. Dla ciał o symetrii osiowej poruszającego się w kierunku osi, wypadkowa siła oporu działa przeciwstawnie do kierunku ruchu. Doświadczalnie stwierdza się, że dla małych prędkości siła tarcia wewnętrznego R jest wprost proporcjonalna do prędkości v. Poza tym zależy ona od charakterystycznego wymiaru liniowego ciała l oraz od współczynnika lepkości cieczy η.

Równanie określające siłę oporu (tarcia wewnętrznego ma postać:

R= - K l η v

gdzie K jest to stała zależna od kształtu ciała. Dla kuli o promieniu r (l = r) mamy K= 6π i równanie przechodzi w tzw. prawo Stokesa:

R = - 6π r η v

2.PRZEBIEG ĆWICZENIA.

Wyznaczenie długości drutu w temperaturze pokojowej.

Wyznaczenie przyrostu długości drutu w funkcji temperatury.

3. WYZNACZENIE DŁUGOŚCI DRUTU W TEMPERATURZE POKOJOWEJ.

T0= (23,1±0,1) °C

l0=(0,890±0,004)m

4. WYZNACZENIE PRZYROSTU DŁUGOŚCI DRUTU W FUNKCJI TEMPERATURY.

T	t	Δt	ΔT	Δl
°C	°C	°C	°C	⋅10-6
30	6,9	0,1	0,2	0,11
40	16,9	0,1	0,2	0,33
50	26,9	0,1	0,2	0,52
60	36,9	0,1	0,2	0,71
70	46,9	0,1	0,2	0,90
80	56,9	0,1	0,2	1,16
90	66,9	0,1	0,2	1,35
100	76,9	0,1	0,2	1,57
110	86,9	0,1	0,2	1,73
120	96,9	0,1	0,2	1,76
130	106,9	0,1	0,2	1,90
140	116,9	0,1	0,2	2,25

Legenda:

T = temperatura na termometrze

t =T – T0 (temperatura poczatkowa, otoczenia)

Δt = błąd pomiaru dla t

ΔT = błąd pomiaru dla t + T

Δl = zmiana długości drutu

Przykładowe obliczenia.

t = T - T0 = 30.0 - 23,1 = 6.9 °C

ΔT = Δt + ΔT0 = 0,1 + 0,1 = 0,2 °C

Δl = lt – lo = 0,11

5. UWAGI I WNIOSKI.

Współczynnik rozszerzalności liniowej α wyznaczono w ćwiczeniu na podstawie wykresu zależności względnego wydłużenia drutu w funkcji temperatury. Jest on równy tangensowi kąta nachylenia tego wykresu. Obliczenia wykonano dla danych, dla których zależność ta jest liniowa (tzn. dla temperatury 36,2 do 98,5). Nieliniowość charakterystyki dla większych temperatur mogła być spowodowana niejednakową temperaturą na całej długości drutu. Otrzymana wartość współczynnika rozszerzalności liniowej porównywalna jest z wartościami tego współczynnika dla metali.