Laboratorium Podstaw Fizyki

Nr ćwiczenia 29A

Temat ćwiczenia: Pomiar współczynnika rozszerzalności liniowej metali metodą elektryczną.

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

1. Wstęp: Zjawisko rozszerzalności cieplej polega na zmianie rozmiarów ciał spowodowanej wzrostem temperatury, jeśli w danym zakresie temperatur nie występują przejścia fazowe. Zwiększonym rozmiarom ciała odpowiada w obrazie mikroskopowym większa średnia odległość między jego atomami. Wzrost średnich odległości międzyatomowych towarzyszący wzrostowi temperatury ciała, znajduje uzasadnienie w charakterze wzajemnych oddziaływań między atomami tego ciała.Między atomami ciał stałych, cieczy i gazów występują zarówno siły przyciągania jak i odpychania. Zależność tych sił od wzajemnej odległości między atomami jest różna. Dla bardzo małych odległości przeważają siły odpychania, dla większych - przyciągania. Moim zadaniem było wyznaczenie współczynnika rozszerzalności metalu w zestawie nr 3. Początkowa długość drutu wynosiła L₀=(0,905±0,004)[m]. Gdy wyregulowałem przyrządy miernicze i ustawiłem czujnik mikrometryczny temperatura wynosiło 25,0^oC. Następnym krokiem było ogrzewanie drutu zwiększając wartość prądu w obwodzie średnio o 0,4A.

2.Cel ćwiczenia:

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było zapoznanie się :

- ze zjawiskiem rozszerzalności cieplnej ciał stałych;

- z jedną z metod pomiaru współczynnika rozszerzalności cieplnej metali.

3.Spis przyrządów:

*Czujnik mikrometryczny do pomiaru wydłużenia drutu;

*Zasilacz prądu stałego;

*Cyfrowy miernik temperatury;

4.Przebieg ćwiczenia

1. Schemat układu pomiarowego

2.Tabela pomiarowa

Lp.	Lo	∆Lo	∆L	∆(∆L)	t0	T	∆T	∆t	∆(∆T)	∆L/Lo	∆(∆L/Lo)
	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]	[C]	[C]	[C]	[C]	[C]
1	905	4	0,03	0,01	25	27,4	2,4	0,1	0,2	0,000033	0,00001120
2							0,14					35,1	10,1			0,000155	0,00001173
3							0,3					49,3	24,3			0,000331	0,00001251
4							0,52					64,5	39,5			0,000575	0,00001359
5							0,77					83,1	58,1			0,000851	0,00001481
6							1,04					92	67,0			0,001149	0,00001613
7							1,42					94,8	69,8			0,001569	0,00001798
8							1,78					96,4	71,4			0,001967	0,00001974
9							2,03					97,6	72,6			0,002243	0,00002096
10							2,39					98,6	73,6			0,002641	0,00002272
		średnie	1,042			73,88	48,88			0,001151	0,00001614

L₀ - długość początkowa drutu;

∆ L₀ - niepewność długości drutu;

L - wydłużenie drutu;

∆(∆L) - niepewność pomiarowa urządzenia;

∆L/L₀ - względne wydłużenie drutu;

∆(∆L/L₀) - niepewność względnego wydłużenia drutu;

t - temperatura;

t₀ - temperatura początkowa;

∆T - zmiana temperatury;

∆t - błąd pomiarowy urządzenia ;

∆(∆T) - niepewność temperaturowa;

α - współczynnik rozszerzalności cieplnej metalu;

∆α - niepewność współczynnika rozszerzalności cieplnej metalu;

U_a - niepewność współczynnika rozszerzalności cieplnej;

3.Wzory

L₀=(0,905±0,004)[m]- początkowa długość drutu ;

T₀= (25,00,1) C- temperatura początkowa drutu;

4.Obliczenia

[1/K]		A 1/K	A	/ [%]	A /A[%]
0,00000290	0,00000019	0,00000295	0,00000023	6,56	7,79

A - niepewność A wyliczona programem Regresja.exe

5.Wnioski

Współczynnik rozszerzalności liniowej α wyznaczono w ćwiczeniu na podstawie wykresu zależności względnego wydłużenia drutu w funkcji temperatury. Jest on równy tangensowi kąta nachylenia krzywej. Zależność ta jest liniowa. 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.

6

---