Описание установки

Экспериментальная установка схематически показана на рис. 11.1.

Прибор состоит из корпуса, защищенного кожухом –1. Внутри кожуха установлен нагреватель –2, в который во время опытов вставляется пробирка –3 с исследуемым стержнем –4. На корпусе прибора установлена стойка, к ней прикреплен кронштейн –5 с индикатором малых перемещений –6. Кронштейн с индикатором может поворачиваться вокруг стойки на угол 90⁰. На панели корпуса расположен кнопочный выключатель –7 и сигнальная лампа –8. Прибор имеет провод, заканчивающийся штепсельной вилкой, включаемой в электрическую сеть напряжением 220 В. Испытуемый образец –4 нагревается в воде, налитой в стеклянную пробирку –3. Изменение длины нагретого образца по сравнению с его первоначальной длиной (при комнатной температуре) измеряется индикатором малых перемещений.

Рис. 11.1.

Порядок выполнения работы

1. Заполните пробирку на 1/2 объема водой комнатной температуры. Измерьте температуру воды термометром.

2. Опустите в нее испытуемый образец сферическим концом вниз.

3. Поместите пробирку с испытуемым стержнем в нагреватель. При этом кронштейн с индикатором надо повернуть на четверть оборота в сторону от нагревателя.

4. Оттянув шток индикатора вверх, установите индикатор над пробиркой (повернув кронштейн в прорези до упора) и отпустите шток в углубление на конце стержня. Кронштейн зафиксируйте винтом.

5. Заметьте положение стрелки индикатора на его шкале. Лучше всего поверните шкалу индикатора так, чтобы стрелка была в нулевом положении.

6. Включите прибор в электрическую цепь и кнопкой подайте напряжение на нагреватель. При этом должна загораться сигнальная лампочка. При закипании воды в пробирке (не более, чем через 15 мин.) образец принимает температуру кипения воды. Увеличение длины образца определяется по отклонению стрелки индикатора от первоначального положения. Отсчет вести с точностью не меньше 5 микрон (0,5 деления шкалы).

7. Для проведения опыта с другими образцами необходимо:

а) кнопочным выключателем отключить питание прибора;

б) индикатор на кронштейне отвести от стержня на четверть оборота, предварительно оттянув его шток вверх;

в) убрать из нагревателя нагретую пробирку с исследуемым образцом, поместить ее в штатив;

г) повторить пункты 1-6 с другими образцами.

ВНИМАНИЕ! Так как дальнейшая работа проводится с нагретым прибором, во избежание заметных искажений в измерениях, время с момента помещения пробирки в зону нагрева до фиксации первоначального положения стрелки индикатора не должно превышать 30-40 с.

8. Данные измерений занесите в таблицу 11.1.

Таблица 11.1.

Определение коэффициента линейного расширения

Образец	l1, 	t1, 0C	t2, 0C	 l, 	, 1/град.	, 1/град	
стеклянный
алюминиевый
стальной

Где l₁ – первоначальная длина образцов, равна 160 мм.

t₁ – температура воды, наливаемой в пробирку (измерить термометром).

t – температура кипения воды, она равна 100⁰С.

l – показания индикатора.

9. Рассчитайте по уравнению (11.2.) коэффициент линейного расширения стали, стекла, алюминия.

10. Для оценки погрешности можно воспользоваться следующими соображениями. Расчетное уравнение можно упростить

(11.5.)

Уравнение (11.5.) прологарифмировать, а затем продифференцировать, заменив знак d на , получим

Для нашей установки имеем:

(l) =  510^-6

(t) =  0,5 ⁰C

l₁ =  0,5 мм = 510^-4 м

Зная _ и  рассчитайте абсолютную погрешность измерений.

11. Результат представьте в виде

12. Сделайте вывод.