ЛР10
.docxПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО науки и высшего образования РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра общей и технической физики
Отчет по лабораторной работе №10
По дисциплине Физика
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела
Автор: студент гр. СПС-18 ______________ Спиридонова М. А.
(подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: _____________
Дата: 20 февраля 2019
ПРОВЕРИЛ _доцент _____________ /Ломакина Е.С. /
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2019
Цель работы:
1) определить температуру металлической проволоки при протекании через нее электрического тока;
2) измерить удлинение проволоки при нагревании;
3) определить коэффициент линейного термического расширения.
Краткое теоретическое содержание:
Явления, изучаемые в работе:
Нагревание проводника при прохождении через него электрического тока;
Удлинение проводника при нагревании.
Основные определения:
Тепловое расширение- увеличение размеров тела при повышении температуры.
Линейное расширение- расширение твердого тела вдоль одного из его измерений.
Коэффициент линейного расширения – физическая величина, равная относительному изменению линейного размера тела при изменении температуры тела на один кельвин.
Коэффициент термического расширения – величина, характеризующая относительную величину изменения объема или линейных размеров тела с увеличением температуры на 10 К, при постоянном давлении.
Законы, лежащие в основе данной работы:
Закон Ома: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка.
Схема установки:
1. Трубка, уменьшающая тепловые потери при нагревании
2. Исследуемая проволока
4. Груз, поддерживающий проволоку в натянутом состоянии
5. Микрометрический индикатор, показывающий удлинение проволоки
8. Регулируемый блок питания
9,10. Цифровые вольтметры
12. Пульт "Нагрев"
Основные формулы:
1. где:
Rэт – эталонное сопротивление, [Rэт] = Ом
Vэт – эталонное напряжение (показание верхнего вольтметра), [Vэт] = В
Y – сила тока в цепи (показание амперметра), [Y] = A
2. ,где:
Rпр – сопротивление проволоки
Vэт - напряжение на проволоке (показание нижнего вольтметра)
3. ,где:
t – температура при разных значениях сопротивления проволоки, [t] = oC
λ – термический коэффициент сопротивления, [λ] = град-1
Rпр. t – сопротивление проволоки при разных температурах
R0 – начальное сопротивление проволоки
4.
a = , , где:
a – коэффициент линейного расширения, [a] = град-1
δL – удлинение проволоки, [δL] = м
Lo – начальная длина проволоки
δt – изменение температуры
Формулы погрешностей косвенных измерений:
Погрешность измерения сопротивления проволоки:
Δ Rпр. =Rпр.*( )
Погрешность измерения рассчитываемой температуры:
△t= t*( + )
Погрешность измерения расчета коэффициента линейного расширения:
△a= a(
Расчеты погрешностей косвенных измерений:
△Rэт. = Rэт. *( ) = 31( =10.6 Ом.
Δ Rпр.= 1.04 Ом.
△t = 114.2 Со.
△β = 0.93* град-1.
Погрешность прямых измерений:
∆U_эт=0,01 В
∆L=0,5*10^(-6) м
∆I=0,01A
∆Uпр=0,01В
Таблица 1.
Номер опыта |
Vист. |
Vэт. |
Vпр. |
△L |
I |
Rпр. |
||
Размерность |
В |
В |
В |
мкм |
А |
Ом |
||
|
Rнагр. сопр. = 30 Ом |
|||||||
1 |
1 |
0.93 |
0.06 |
0 |
0.03 |
2 |
||
2 |
2 |
1.87 |
0.12 |
0 |
0.06 |
2 |
Таблица 2.
Номер опыта |
Uист. |
Uэт. |
Uпр. |
δL |
I |
Rпр. |
tn |
Размерность |
В |
В |
В |
м*10-6 |
А |
Ом |
Co |
|
Rнагр. сопр. = 10 Ом. |
||||||
1 |
5 |
04.16 |
00.83 |
14 |
0.42 |
1.98 |
18.30 |
2 |
10 |
08.29 |
01.70 |
53 |
0.83 |
2.05 |
24.17 |
3 |
15 |
12.36 |
02.63 |
124 |
1.24 |
2.12 |
30.00 |
4 |
20 |
16.34 |
03.65 |
229 |
1.63 |
2.24 |
40.00 |
5 |
25 |
20.18 |
04.81 |
372 |
2.02 |
2.38 |
51.67 |
6 |
30 |
23.84 |
06.15 |
563 |
2.38 |
2.58 |
68.33 |
7 |
35 |
27.26 |
07.73 |
809 |
2.73 |
2.83 |
89.17 |
8 |
40 |
30.38 |
09.61 |
1020 |
3.04 |
3.16 |
116.7 |
9 |
45 |
33.18 |
11.82 |
1966 |
3.32 |
3.56 |
150.0 |
10 |
50 |
35.60 |
14.39 |
3357 |
3.56 |
4.04 |
190.0 |
11 |
45 |
33.18 |
11.82 |
2896 |
3.32 |
3.56 |
150.0 |
12 |
40 |
30.38 |
09.61 |
2512 |
3.04 |
3.16 |
116.7 |
13 |
35 |
27.26 |
07.73 |
2200 |
2.73 |
2.83 |
89.17 |
14 |
30 |
23.84 |
06.15 |
1955 |
2.38 |
2.58 |
68.33 |
15 |
25 |
20.18 |
04.81 |
1765 |
2.02 |
2.38 |
51.67 |
16 |
20 |
16.34 |
03.65 |
1621 |
1.63 |
2.24 |
40.00 |
17 |
15 |
12.36 |
02.63 |
1517 |
1.24 |
2.12 |
30.00 |
18 |
10 |
08.29 |
01.70 |
1447 |
0.83 |
2.05 |
24.17 |
19 |
5 |
04.16 |
00,83 |
1406 |
0.42 |
1.98 |
18.30 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
Пример расчета:
Исходные данные:
- проволока- материал сталь;
- d = 0,25 мм;
- коэффициент теплоотдачи = 0,3 Вт/м2;
- термический коэффициент сопротивления = 6,0* 10-3 град.-1;
- L0 = 1 м.
- Rнагр. = 30 Ом;
- Uист. =1 В;
- Vэт. = 0,93 В;
- Vпр. = 0,06 В;
- I = 0,03 А;
- .
Пример вычисления:
=18.30 Со.
Окончательные результаты:
0.5)* м
= 171.7 0С 114.2 0C
0.93) град-1
Графический материал:
Вывод:
Выполнив данную работу, я рассчитал коэффициент термического расширения вольфрамовой проволоки. Он равен 0.93) град-1 . По справочным же данным он равен 16.00*10-6град-1, что отличается на 20,63 % от рассчитанного мной. Это можно вычислить следующим образом:
;
Ещё нельзя не отметить то, что в данной системе не идеальна изоляция, в следствии чего всё равно происходит теплообмен между системой и окружающей средой.