11

Министерство науки Российской федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального обучения

Санкт-Петербургский Государственный Горный Институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Отчёт по лабораторной работе № 11

По дисциплине: Физика

Тема: Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости

Выполнил: студент гр. НБ-10 __ _____________ Важенин Н.В.

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: доцент кафедры ОТФ ____________ ТомаевВ.В.

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2011

Цель работы:

1) измерение изменения объема воды при нагреве ее от 0°С до 50°С;

2) определение показателя коэффициента термического расширения.

Краткое теоретическое обоснование.

Термическое (тепловое) расширение — изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры. Количественно тепловое расширение жидкостей и газов при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом теплового расширения).

В отличие от твердых тел, объем которых изменяется при изменении температуры линейно в большом диапазоне температур, у жидкостей эта зависимость имеет более сложный, нелинейный, характер, особенно вблизи температур фазового перехода. Особенный интерес представляет поведение воды в диапазоне температур 0¸10°С.

Коэффициент термического расширения воды a:

Экспериментальная установка

Колба 1 помещена в термостатированный объем 3, по которому циркулирует вода с температурой, заданной термостатом 4.Колба закрыта и сверху в нее вставлена измерительная трубка 2, позволяющая измерять высоту столба жидкости, вытесненной из колбы при нагревании. Температура измеряется термометром 5.

Термостат 4 управляется с пульта 6. Пульт содержит задатчик температуры (в °С), переключатели "НАГРЕВ" и "ЦИРК". Переключатель "НАГРЕВ" включает режим поддержания температуры воды внутри термостата равной заданной, при выключенном переключателе "НАГРЕВ" температура воды устанавливается равной комнатной. Переключатель "ЦИРК" включает или выключает циркуляцию воды через термостатированный объем 3.

Основные расчетные формулы

1) Средний коэффициент термического расширения воды a:

[1]

где , D - диаметр трубки (параметр установки, указывается преподавателем), h_max и h_min - максимальная высота жидкости (при температуре t) и начальная высота жидкости;

V_o- начальный объем воды, принимается равным 0,5 л;

t- температура, в °С, соответствующая максимальной высоте столба жидкости.

2) коэффициенты термического расширения воды для каждого измеренного интервала температур (в интервале 0¸15°С через 1°С, в остальном интервале через 5°С). Расчет производиться по следующей формуле:

[2]

где a’_n - коэффициент термического расширения воды на n - интервале;

h_n - высота столба воды в начале n - интервала; h_n

h_n+1 - высота столба воды в конце n - интервала;

t_n - температура воды в начале n - интервала;

t_n+1 - температура воды в конце n - интервала.

Формула расчета средней квадратичной погрешности.

где среднее значение коэффициента термического расширения, - значение коэффициента термического расширения в каждом отдельном опыте, n- количество опытов.

Таблица измерений и вычислений.

N n/n величина	Т,	h, см	,	a
1	1	3.4	-1,9635*	-3,92699*
2	2	3.3	-1,9635*	-1,9635*
3	3	3.3	0	0
4	4	3.3	0	0
5	5	3.3	0	0
6	6	3.3	0	0
7	7	3.4	1,9635*	5,60999*
8	8	3.5	1,9635*	4,90874*
9	9	3.6	1,9635*	4,36332*
10	10	3.8	3,92699*	7,85398*
11	11	4.1	5,89049*	1,071*
12	12	4.3	3,92699*	6,54498*
13	13	4.6	5,89049*	9,06229*
14	14	5	7,85398*	1,122*
15	15	5.3	5,89049*	7,85398*
16	20	7.6	4,51604*	4,51604*
17	25	10.6	5,89049*	4,71239*
18	30	14.3	7,26493*	4,84329*
19	35	18.6	8,44303*	4,82459*
20	40	23.4	9,42478*	4,71239*
21	45	28.8	1,6029*	4,71239*
22	50	34.7	1,5846*	4,63385*

Причем начальная высота столба жидкости 3,5 см, диаметр трубки равен 5 мм.

Расчет погрешности:

=1,53987*

Cредней квадратичная погрешность =2,46853*

График изменения объема воды от температуры:

График зависимости :

Вывод.

В ходе лабораторной работы были измерены изменения объема воды при ее нагреве и был определен коэффициент термического расширения, который показывает изменение объема жидкости при изменении температуры.