Работа № 10 Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела

Цель работы:

1) определение температуры металлической проволоки при протекании через нее электрического тока;

2) измерение удлинения проволоки при нагревании; 3) определение показателя коэффициента термического расширения.

В работе используются: регулируемый источник постоянного тока; два цифровых вольтметра постоянного тока; теплоизолированная труба; металлическая проволока; микрометрический индикатор.

Практически все физические параметры изменяются при изменении температуры тела. В данной работе экспериментально определяется коэффициент термического расширения твердого тела (металлической проволоки).

Связь между температурой тела и изменением его объема задается формулой

[1]

где a - коэффициент объемного расширения, V _o - объем при начальной температуре,

D t - изменение температуры.

Для линейного расширения тела формула [1] приводится к виду:

[2]

где b - коэффициент линейного расширения, L _o - начальная длина тела, L _o = 1 м.

Из формулы [2] следует, что для определения коэффициента необходимо знать начальную длину проволоки L _o, изменение температуры D t и соответствующее изменение длины D L. Изменение длины проволоки можно непосредственно измерить при помощи микрометрического индикатора, а температуру непосредственно измерить невозможно. Поэтому в данной работе определение температуры проволоки производится по изменению ее сопротивления при нагревании (термический коэффициент сопротивления предполагается известным).

Зависимость сопротивления металла от температуры имеет вид, аналогичный формуле [1]:

[3]

Поскольку нагрев проволоки производится протекающим через нее электрическим током, зная падение напряжения на сопротивлении и силу тока, можно вычислить сопротивление проволоки:

[4]

Силу тока определяем по падению напряжения на эталонном сопротивлении, термическим коэффициентом сопротивления которого можно пренебречь.

При выполнении работы необходимо учитывать, что зависимость [2] выполняется в ограниченном интервале температур. При значительном нагреве удлинение проволоки превышает рассчитанное по формуле [2], проявляется эффект, аналогичный пластической деформации при значительном растяжении. Поэтому при обработке экспериментальных данных необходимо рассчитывать коэффициент b по температурам, незначительно отличающимся от начальной.