Определение коэффициента линейного расширения твердого тела

Цель работы: определить коэффициент линейного расширения с помощью эксперимента.

Теория. Линейное тепловое расширение характеризуется температурным коэффициентом линейного расширения . Предположим, что твердое тело при начальной температуре T₀ имеет длину L₁. При нагревании тела до температуры Т его длина увеличится до L, т.е. на L = L – L₁. Относительное удлинение тела составит L / L₁.

Величина, равная отношению относительного удлинения тела к изменению его температуры на Т = Т – Т₁, называется температурным коэффициентом линейного расширения:

;

Приборы и принадлежности: прибор линейного расширения (трубка); нагреватель (сосуд с кипящей водой и трубкой), масштабная линейка, термометр, индикатор.

Порядок выполнения работы:

1. Собрать установку (рис.1.1).

Т₂ = 373К

Рисунок 1.1.

1.1. Познакомиться с работой индикатора.

1.2. Измерить начальную длину L₁ трубки прибора с точностью до 1 мм.

1.3. Измерить начальную температуру Т₁ с точностью до 1 К, которая равна температуре воздуха в комнате.

2. Проводим опыт с установкой на рисунке 1.1.

2.1. Пропустить через трубку пар от нагревателя, дождаться, покаиз нее не пойдет пар, считая, что трубка нагрелась до температуры 373К.

2.2. Определить по индикатору удлинение трубки, L по формуле:

L =0,01мм n, где n – число делений по шкале индикатора; 0,01 мм –цена деления шкалы индикатора.

2.3. Вычислить коэффициент линейного расширения по формуле:

, где - это начальная температура трубки (температура в комнате), Т - конечная температура трубки (температура кипящей воды, Т = 373К), L - начальная длина трубки, L - удлинение трубки.

3. Повторить опыт с трубкой, выполненной из другого вещества, для этого нужно:

3.1. Использовать порядок выполнения работы пунктов 1.2-3.

4. Определить относительную погрешность метода для двух твердых тел. Для этого нужно:

4.1. Использовать справочный материал из таблицы 5.1. и определить относительную погрешность метода по формуле: , экспериментально определенный коэффициент линейного расширения, коэффициент линейного расширения, табличное значение коэффициента, наиболее близкое к экспериментальному значению.

Таблица 4.1.

Вещество	,К	Вещество	, К
Алюминий, дюралюминий	2,3 *10	Никель	1,28 *10
Бетон, цемент	(10 14) *10	Олово	2,1 *10
Бронза	1,8 *10	Платина	9 *10
Вольфрам	4 *10	Платинит	9 *10
Железо, сталь	1,2 * 10	Свинец	2,9 *10
Золото	1,4 *10	Стекло	9 *10
Инвар	6 *10	Цинк	2,9 *10
Латунь	1,9 *10	Чугун	1,0 *10
Медь	1,7 *10	Эбонит	7,0 *10

5. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 5.1.

Таблица 6.1.

№ п/п	Начальная длинна L1, мм	Удлинение L, мм	Изменение температуры Т2 – Т1, К	Коэф- фициент линейного расширения , К-1	Табличное значение коэф- фициента , К-1	Вещество	Относи- тельная погрешность ,%

6. Сделать вывод проделанной работе.

7. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Что показывает коэффициент линейного расширения? От чего он зависит?

2. Как изменится длина медной проволоки при увеличении ее температуры на 1К, если первоначальная длина ее равна 1 метр?

3. Почему коэффициент линейного расширения, определенный экспериментально, отличается от табличного значения? Как повысить точность (на Ваш взгляд)?