Опредиление коэф

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ГОРНЫЙ»

Кафедра общей и технической физики

Отчёт по лабораторной работе

“Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости”

Выполнил: студент гр.НД-13-2 ___________ / Дормешкин А.А./

Проверил: доцент ___________ / Фицак В.В. /

Санкт-Петербург

2015

Цель работы:

1) измерить изменение объема воды при нагреве ее от 0С до 90С;

2) определить показатель коэффициента термического расширения.

Краткое теоретическое содержание:

1. Явление, лежащее в основе работы: явление теплового расширения тел

2. Схема установки:

1. колба

2. измерительная трубка

3. термостатированный объем

4. термостат

5. термометр

6. пульт

Колба 1 помещена в термостатированный объем 3, по которому циркулирует вода с температурой, заданной термостатом 4. Колба закрыта и сверху в неё вставлена измерительная трубка 2, позволяющая измерять высоту столба жидкости, вытесненной из колбы при нагревании. Температура измеряется термометром 5. Термостат 4 управляется с пульта 6.

3. Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:

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). Для характеристики теплового расширения твёрдых тел дополнительно вводят коэффициент линейного теплового расширения.

Коэффициент теплового расширения — физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении. Имеет размерность обратной температуры. Различают коэффициенты объёмного и линейного расширения.

Фазовый переход (фазовое превращение) в термодинамике - переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. При фазовом переходе первого рода скачкообразно изменяются самые главные, первичные экстенсивные параметры: удельный объём, количество запасённой внутренней энергии, концентрация компонентов и т. п. Имеется в виду скачкообразное изменение этих величин при изменении температуры, давления и т. п., а не скачкообразное изменение во времени.

4. Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых получены расчётные формулы:

Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером L в соответствующем измерении при увеличении его температуры на ΔТ расширяется на величину ΔL, равную ΔL = αLΔT где α — так называемый коэффициент линейного теплового расширения. Аналогичные формулы имеются для расчета изменения площади и объема тела.

В приведенном простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведенной формулой.

5. Расчётные формулы:

Средний коэффициент термического расширения воды

α =ΔV/V₀ t

ΔV= П/4*d²*(h_max-h_min)

V₀- начальный объем воды = 0.5 л

d- диаметр трубки = 0.0005 м

h_max и h_min – максимальная (при температуре t) и минимальная высота жидкости

t- температура

Коэффициент термического расширения воды для каждого интервала

α’_n = ((h_n+1-h_n)/((4V₀/Пd²)+h_n))*(1/(t_n+1-t_n))

α’_n - коэффициент термического расширения воды на n - интервале

h_n - высота столба воды в начале n - интервала

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

6. Погрешности:

прямые

Δt = 0,005 ^оС

Экспериметальные данные

Физ. величина	t	h	dV, *10^-6	, *10^-5
Единицы измерений	С	см	м3	оС-1
№ опыта
1	0	1.1	6.38	-5.02
2	1	0.9	6.38	-2.51
3	2	0.8	6.38	-2.51
4	3	0.7	6.38	0
5	4	0.7	6.38	0
6	5	0.7	6.38	2.51
7	6	0.8	6.38	5.02
8	7	1	6.38	2.51
9	8	1.1	6.38	5.02
10	9	1.3	6.38	7.53
11	10	1.6	6.38	10
12	11	2	6.38	10
13	12	2.4	6.38	12.6
14	13	2.9	6.38	12.6
15	14	3.4	6.38	15
16	15	4	6.38	15
17	16	4.6	6.38	18
18	17	5.3	6.38	18
19	18	6	6.38	20
20	19	6.8	6.38	20
21	20	7.6	6.38	23
22	25	12.3	6.38	29
23	30	18	6.38	36
24	35	24.7	6.38	48
25	40	32.4	6.38	60
26	45	40.8	6.38	70

= -5.02*10^-5

Расчет погрешности косвенных измерений

N		 cр, *10^-5	( ср- i), *10^-5	( ср- i)^2, *10^-8	σ
1	-5.02	48.22	53.24	28.34	2.3*10^-8
2	-2.51		50.73	25.74
3	-2.51		50.73	25.74
4	0		48.22	23.25
5	0		48.22	23.25
6	2.51		45.71	20.89
7	5.02		43.2	18.66
8	2.51		45.71	20.89
9	5.02		43.2	18.66
10	7.53		40.69	16.56
11	10		38.22	14.6
12	10		38.22	14.6
13	12.6		35.62	12.69
14	12.6		35.62	12.69
15	15		33.22	11.03
16	15		33.22	11.03
17	18		30.22	9.13
18	18		30.22	9.13
19	20		28.22	7.96
20	20		28.22	7.96
21	120		71.78	51.52
22	150		101.78	103.59
23	170		121.78	148.3
24	200		151.78	230.37
25	220		171.78	295.08
26	230		181.78	330.43

погрешность=±  cр= (4.82±0.38)*10^-6

Вывод: Проделав данную лабораторную работу, получили коэффициент термического расширения . При нагревании от 0 до 3 градусов Цельсия вода сжимается, а значит, коэффициент термического расширения принимает отрицательные значения, которые приведены в таблице. При последующем нагревании расширяется, причем коэффициент термического расширения воды с каждым градусом становится больше.