| Nr | Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności liniowej ciał stałych | Data: 27.04.10.r |
|---|---|---|
| I IŚ |
1 Wstęp teoretyczny:
Ciała stałe ,ciecze i gazy zmieniają swoje wymiary liniowe podczas ogrzewania.Poza nielicznymi wyjątkami wymiary liniowe ciał stałych rosną ze wzrostem temperatury .Przyrost długości ciała stałego jest wprost proporcjonalny do długości tego ciała w temperaturze początkowej i do przyrostu temperatury.
Matematycznie związek ten można zapisać w następujacej postaci :
Δ l= αl0Δ T
gdzie :
α -współczynnik rozszerzalności liniowej,
Δ l-wydłużenie ,
l0 -długość początkowa,
ΔT -przyrost temperatury.
Z przekształcenia ostatniej zależności otrzymujemy szukany współczynnik α,który ma wymiar odwrotności temperatury i jest równy względnemu przyrostowi długości powodowanemu jednostkowym przyrostem temperatury.
2 Opis przyrządu pomiarowego
Do pomiaru używa się dylatometru. Zasadniczą jego częścią jest metalowa rura, w której umieszcza się metalowy pręt. Rurę umieszcza się między śrubą mikrometryczną z jednej strony i czujnikiem mikrometrycznym z drugiej strony.
Koniec pręta ,który pozostaje w kontakcie ze śrubą mikrometryczną, jest nieruchomy .drugi koniec dotyka czujnika .podczas ogrzewania pręt rozszerza się i powoduje obrót wskazówki czujnika .Wydłużenie pręta znajdujemy odejmując od wskazania czujnika po ogrzaniu pręta, wskazanie czujnika przed ogrzaniem pręta .Operacji odejmowania unikniemy ustawiając wskazówkę czujnika na zero przez przesunięcie pręta za pomocą śruby mikrometrycznej. Wówczas odczytana wartość wskazań jest równa wydłużeniu pręta wyrażonemu w setnych częściach milimetra.
3 Sposób wykonania ćwiczenia
Długość mierzymy z dokładnością do jednego milimetra .Uważamy, że pręt ma temperaturę otoczenia ,dlatego nie należy przechowywać go w pobliżu grzałki .Podgrzania pręta dokonujemy przy pomocy pary wodnej powstałej w czasie
wrzenia wody. Parę wodną doprowadzamy wężem gumowym który łączy kociołek z metalową obudową rurki .Temperatura końcowa będzie równa temperaturze wrzenia wody pod ciśnieniem ,która aktualnie panuje w pracowni Wartość tego ciśnienia odczytujemy na barometrze znajdującym się w pracowni. W tablicach wielkości fizycznych znajdziemy temperaturę wrzenia wody pod danym ciśnieniem.
4. Niepewności pomiarowe
u(lo)=0,01m
u(Δl)=0.02
u(T)=1°C
u(P)=0,1 Hg
5. Obliczenie współczynnika rozszerzalności liniowej
Δ T = Tw -To
Tw-temperatura wrzenia
To - temp otoczenia
Δ T = 100°C -24°C = 76°C
$$\propto = \frac{l}{l_{0\ }T}$$
Pręt aluminiowy
$$\propto = \frac{0,69}{0,398*76} = 0,0317$$
Pręt mosiężny
$$\propto = \frac{0,60}{0,396*76} = 0,0199$$
Pręt żelazny
$$\propto = \frac{0,26}{0,401*76}0,0085$$
Wnioski:
Z wykonanego przeze mnie doświadczenia wynika ,że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta długość ciał stałych .Widać tutaj ,że zależnie od współczynnika rozszerzalności liniowej α , pręty wydłużają się o różne długości. Na rozszerzalność prętów wpływa materiał z jakiego wykonany jest dany pręt.