Файл: Лабораторная работа 10 Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.12.2023

Просмотров: 234

Скачиваний: 8

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯСАНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТКафедра общей и технической физикиЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10«Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела»Выполнил: студент: ГТС-19__________ / Строчилина П.С./ (подпись) (Ф.И.О.)Проверил: Доцент кафедры ОТФ _________ / Кожокарь М.Ю./(подпись) (Ф.И.О.)Санкт-Петербург2019 годЦель работы:

  1. Определение температуры металлической проволоки при протекании через неё электрического тока;

  2. Измерение удлинения проволоки при нагревании;

  3. Определение показателя коэффициента термического расширения.
Краткое теоретическое содержание:Явления, изучаемые в работе:

  1. Нагревание проводника при прохождении через него электрического тока;

  2. Удлинение проводника при нагревании.
Основные определения:

  1. Коэффициент объемного расширения – вид коэффициента теплового расширения, подразумевающее общее изменение размеров тела в функции температуры.

  2. Коэффициент линейного расширения – физическая величина, равная относительному изменению линейного размера тела при изменении температуры тела на один кельвин.

  3. Ток – упорядоченное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля.

  4. Сила тока - скалярная физическая величина, численно равная заряду проходящему через поперечное сечение проводника в единицу времени.

  5. Физический смысл ρ – сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2.
Где ρ – удельное сопротивление проводника [Ом*м]
l – длина проводника [м]R – сопротивление [Ом]S – площадь сечения [м2]

  1. Напряжение между двумя точками электрической цепи - равно работе электрического поля по перемещению единичного положит, заряда из одной точки в другую.

  2. Коэффициент термического расширения – величина, характеризующая относительную величину изменения объема или линейных размеров тела с увеличением температуры на 10 К, при постоянном давлении.
Законы, лежащие в основе данной работы:Закон Ома: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка.С
хема установки1. Трубка, уменьшающая тепловые потери при нагревании2. Исследуемая проволока4. Груз, поддерживающий проволоку в натянутом состоянии5. Микрометрический индикатор, показывающий удлинение проволоки8. Регулируемый блок питания9,10. Цифровые вольтметры12. Пульт "Нагрев"Основные формулы: , где:Rэт – эталонное сопротивление, [Rэт] = ОмVэт – эталонное напряжение (показание верхнего вольтметра), [Vэт] = ВY – сила тока в цепи (показание амперметра), [Y] = A

  1. ,где:
Rпр – сопротивление проволокиVэт - напряжение на проволоке (показание нижнего вольтметра)

  1. ,где:
t – температура при разных значениях сопротивления проволоки, [t] = oCλ – термический коэффициент сопротивления, [λ] = К-1Rпр. t– сопротивление проволоки при разных температурахR0 – начальное сопротивление проволоки

  1. β = ; , где:
β – коэффициент линейного расширения, [β] = К-1δL – удлинение проволоки, [δL] = мLo – начальная длина проволокиδt – изменение температурыПример расчетаИсходные данные:- вольфрамовая проволока;- d = 0,1 мм;- коэффициент теплоотдачи = 0,2 Вт/м2;- L0 = 1 метр;- термический коэффициент сопротивления = 4,6 * 10-3 К-1;- Rнагр. = 30 Ом;- Uист. =1 В; - Vэт. = 0,7 В;- Vпр. = 0,29 В;- I= 0,03 А;- . =130,7 СоФормулы погрешностей косвенных измерений:Погрешность измерения сопротивления проволоки:Δ Rпр. =Rпр.*( ) = 6,83*( ) = 0,16 Ом Погрешность измерения рассчитываемой температуры:△t= t*( + ) = 75,1*( + ) = 151,6 СоПогрешность измерения расчета коэффициента линейного расширения:△β= β( = 2,7*Расчеты погрешностей косвенных измерений:

△Rэт. = Rэт. *( ) = 9,67( =0,18 Ом.

Δ Rпр.= 0,16 Ом.

△t = 151,6 Со.

△β = 2,7* К-1.

Таблица 1.

Номер опыта
Vист.
Vэт.
Vпр.
△L
I
Rпр.

Размерность
В
В
В
мкм
А
Ом




Rнагр. сопр. = 30 Ом

1
1
0,58
0,41
0
0,06
6,83

2
2
1,17
0,82
0
0,12
6,83
Таблица 2.

Номер опыта
Vист.
Vэт.
Vпр.
δL
I
Rпр.
tn

Размерность
В
В
В
м*10-6
А
Ом
Co




Rнагр. сопр. = 10 Ом.

1
5
2,92
2,07
0,014
0,29
7,14
29,9

2
10
5,74
4,25
0,053
0,57
7,46
40,1

3
15
8,38
6,61
0,12
0,86
7,69
47,4

4
20
10,75
9,24
0,214
1,08
8,56
75,1

5
25
12,8
12,14
0,336
1,28
9,48
104,3

6
30
14,54
15,45
0,544
1,45
10,6
140,0

7
35
15,98
19,01
0,994
1,6
11,9
181,4

8
40
17,15
22,84
1,652
1,72
13,3
225,9

9
45
18,11
26,88
2,55
1,81
14,9
276,9

10
50
18,89
31,1
4,713
1,89
16,5
327,8

11
45
18,11
26,88
2,55
1,81
14,9
276,9

12
40
17,15
22,84
1,652
1,72
13,3
225,9

13
35
15,98
19,01
0,994
1,6
11,9
181,4

14
30
14,54
15,45
0,544
1,45
10,6
140,0

15
25
12,8
12,14
0,336
1,28
9,48
104,3

16
20
10,75
9,24
0,214
1,08
8,56
75,1

17
15
8,38
6,61
0,12
0,86
7,69
47,4

18
10
5,74
4,25
0,053
0,57
7,46
40,1

19
5
2,92
2,07
0,014
0,29
7,14
29,9

20
0
0,00
0,00
0,000
0,00
0,00
0,00
Окончательные результаты: 0,01)* м= 297,9 0С 151,6 0C 0,03) К-1График зависимости длины нити от температуры:Вывод:Выполнив данную работу, я рассчитал коэффициент термического расширения вольфрамовой проволоки. Он равен 0,03) К-1. По справочным же данным он равен 15.61*10-6 К-1, что отличается на 20,63 % от рассчитанного мной. Это можно вычислить следующим образом: ; ; Ещё нельзя не отметить то, что в данной системе не идеальна изоляция, в следствии чего всё равно происходит теплообмен между системой и окружающей средой.

Смотрите также файлы