Описание установки

Установка состоит из стеклянной колбы –1 с зажимом – 2, манометра –3, насоса Комовского –4, соединенных между собой резиновыми трубками –5 (рис. 10.1.)

Рис.10.1.

Порядок выполнения работы

1. Определите на весах массу m₁ колбы –1 вместе с зажимом 2 при атмосферном давлении Р₁.

2. Присоедините колбу к манометру 3.

3. Откройте краны 6 и 7 манометра.

4. При помощи насоса 4 откачайте воздух из колбы 1 до давления Р₂.

5. Закройте кран 7, измерьте давление Р₂, и зажимом 2 перекройте воздух в колбе.

6. Отсоедините колбу от манометра и взвесьте ее, определив массу m₂.

7. Проведите опыт 3 раза при различных значениях остаточного давления Р₂.

8. Результаты опытов занесите в таблицу 10.1. (Температуру окружающего воздуха определить по термометру, давление - по барометру, находящимся в лаборатории. Объем колбы V=1,110^-3 м³).

Таблица 10.1.

Определение универсальной газовой постоянной

№ опыта	Т		V	P1	P2	m1	m2	R	Rcp		R
1
2
3

9. По формуле 10.2. рассчитайте величину универсальной газовой постоянной.

10. Определить среднее значение R_ср.

11. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности измерений.

Дополнительное задание

1. Измерьте давление в колбе по манометру сразу после откачки и спустя 1-2 минуты. Объясните, почему происходит изменение давления?

2. Определите величину погрешности, которая может быть допущена при расчете R, если не дожидаться выравнивания температуры воздуха в комнате и колбе.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте и запишите основные газовые законы.

2. Выведите уравнение Менделеева – Клапейрона.

3. Каков физический смысл универсальной газовой постоянной?

Лабораторная работа №11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ С ПОМОЩЬЮ ИНДИКАТОРА МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (часового типа)

Цель работы: изучить теорию вопроса и познакомиться с одним из методов экспериментального определения термического коэффициента линейного расширения твердых тел.

Приборы и принадлежности: установка для нагревания исследуемых образцов и крепления индикатора, термометр, штатив с пробирками.

Введение

Тепловое расширение твердых тел характеризуется термическим коэффициентом линейного расширения. При нагревании тела, имеющего первоначальную длину l, его относительное удлинение пропорционально изменению температурыt, т.е.

(11.1.)

Коэффициент пропорциональности  называется истинным коэффициентом линейного расширения. При небольших изменениях температуры  практически не меняется (т.е. остается величиной постоянной), поэтому для расчетов можно пользоваться средним коэффициентом линейного расширения:

(11.2.)

где t₁ и t₂ – начальная и конечная температуры тела,

l₁ и l₂ – длины тела, соответствующие этим температурам,

 - термический коэффициент линейного расширения указывающий относительное удлинение твердого тела при нагревании его на 1 К.

Приведем выражение (11.2.) к виду

Если принять длину тела l₀ при 0⁰С за начальную длину, то l_t – длина тела при t⁰С равна

(11.3.)

Обычно в таблицах приводятся значения , определенные в интервале температур 0-1000⁰С. Если при температуре t₁ длина тела равна l₁, а при температуре t₂ равна l₂, то можно записать следующие соотношения:

используя которые, получаем выражение для :

(11.4.)

Так как для твердых тел  представляет величину порядка 10^-5-10^-6 К^-1, то l₁ и l₂ исследуемого образца в небольшом интервале температур различают долями процента (0,05-0,1%), и расчетную формулу (11.4.) можно представить в виде (11.2). Ошибка, возникающая при таком определении , лежит за пределами ошибки метода данной работы.

При больших изменениях температуры или высокой точности измерений и расчетов коэффициент  нельзя считать постоянным. Он возрастает с увеличением температуры и убывает с ее уменьшением, стремясь к нулю вблизи абсолютного нуля.

Термический коэффициент линейного расширения является важной характеристикой твердого тела. Однако измерения из-за малости удлинения образцов связаны с экспериментальными трудностями. Поэтому при измерении обращаются к таким косвенным методам, как, например, емкостный, интерференционный, рентгеновский и др.

В настоящей работе применяется метод прямого (непосредственного) измерения удлинения образцов с помощью индикатора часового типа.