Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
жидкости
|
|
Отчёт по лабораторной работе № 11
По дисциплине: Физика
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Определение коэффициента термического расширения (объемного)
жидкости
Выполнил: студент гр.ЭР-10-3/Ивченкова А.В./
(Ф.И.О.)
Проверил: ____________ /Пщелко Н.С./
(подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2010г.
Цель работы: измерение изменения объема воды при нагреве её от 0º C до 90º C. Определение показателя коэффициента термического расширения.
Теоретические сведения:
В работе используются: кварцевая колба объемом 0, 5 л; измерительная трубка длиной 50 см; термостат.
В отличие от твердых тел, объем которых изменяется при изменении температуры линейно в большом диапазоне температур, у жидкостей эта зависимость имеет более сложный, нелинейный, характер, особенно вблизи температур фазового перехода. Особенный интерес представляет поведение воды в диапазоне температур 0¸ 10°С. В данной работе исследуется изменение объема воды в диапазоне температур от 0°С до 40¸ 90°С, максимальная температура ограничена длиной измерительной трубки. Вода находится в колбе из кварцевого стекла, коэффициент термического расширения которого ничтожно мал, и им при выполнении данной работы можно пренебречь. Измерительная трубка выбирается диаметром в несколько миллиметров, что позволяет пренебречь силами поверхностного натяжения.
Колба с водой помещена в термостат, который позволяет устанавливать температуру в интервале 20¸ 90°С, т.е. выше температуры окружающего воздуха. Для проведения измерений в интервале 0¸ 20°С термостат в начале работы заполняется смесью льда и воды, что обеспечивает начальную температуру 0°С.
Подавляющее большинство веществ при нагревании расширяется. Это легко объяснимо с позиции механической теории теплоты, поскольку при нагревании молекулы или атомы вещества начинают двигаться быстрее. В твердых телах атомы начинают с большей амплитудой колебаться вокруг своего среднего положения в кристаллической решетке, и им требуется больше свободного пространства. В результате тело расширяется. Так же и жидкости и газы, по большей части, расширяются с повышением температуры по причине увеличения скорости теплового движения свободных молекул.
Коэффициент теплового расширения — величина, характеризующая относительную величину изменения объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении.
Коэффициент объёмного теплового расширения показывает относительное изменение объёма тела при нагревании его на ∆ T градусов при постоянном давлении;
α - Коэффициент объёмного теплового расширения;
Коэффициент линейного теплового расширения показывает относительное изменение длины тела при нагревании на температуру Δ T;
β - Коэффициент линейного теплового расширения;
Броуновское движение — беспорядочное движение микроскопических, видимых, взвешенных в жидкости (или газе) частиц (броуновские частицы), вызываемое тепловым движением частиц жидкости (или газа).
Тепловое движение — процесс хаотического (беспорядочного) движения частиц, образующих вещество.
В отличие от твердых тел, объем которых изменяется при изменении температуры линейно в большом диапазоне температур, у жидкостей эта зависимость имеет более сложный, нелинейный, характер, особенно вблизи температур фазового перехода. Особенный интерес представляет поведение воды в диапазоне температур 0-10°С. В данной работе исследуется изменение объема воды в диапазоне температур от 0°С до 40-90°С, максимальная температура ограничена длиной измерительной трубки. Вода находится в колбе из кварцевого стекла, коэффициент термического расширения которого ничтожно мал, и им при выполнении данной работы можно пренебречь. Измерительная трубка выбирается диаметром в несколько миллиметров, что позволяет пренебречь силами поверхностного натяжения.
Схема установки:
1- колба 2-измерительная трубка
3-теормостатированный объем
4-термостат
5-термометр
6-пульт
Основные расчетные формулы:
, где a - средний коэффициент термического расширения воды; ∆ V – изменение объема воды; V0 – начальный объем воды; t - температура, соответствующая максимальной высоте столба жидкости.
, где D - диаметр трубки; hmax - максимальная высота жидкости; hmin - начальная высота жидкости.
, где a ’n - коэффициент термического расширения воды на n - интервале; hn - высота столба воды в начале n - интервала; hn+ 1 - высота столба воды в конце n - интервала; tn - температура воды в начале n - интервала; tn+ 1 - температура воды в конце n – интервала.
, где ∆ V – изменение объёма на n - интервале.
Формулы погрешностей косвенных измерений:
Таблица для записи результатов измерений:
D=0, 003 м;
h max=3, 2 см=0, 032 м;
V0=0, 0005 м3
| Физическая величина | tn | hn | ∆ Vn | ά n |
| Размерность Номер опыта | 0С | см | м3 | 0С-1 |
| 1. | 2, 9 | -2, 1*10-8 | 0, 423*10-4 | |
| 2. | 2, 6 | -0, 7*10-8 | 0, 141*10-4 | |
| 3. | 2, 5 | -0, 7*10-8 | 0, 141*10-4 | |
| 4. | 2, 4 | -0, 7*10-8 | 0, 141*10-4 | |
| 5. | 2, 5 | 1, 4*10-8 | 0, 282*10-4 | |
| 6. | 2, 7 | 1, 4*10-8 | 0, 284*10-4 | |
| 7. | 2, 9 | 2, 1*10-8 | 0, 423*10-4 | |
| 8. | 3, 2 | 3, 5*10-8 | 0, 706*10-4 | |
| 9. | 3, 7 | 4, 2*10-8 | 0, 847*10-4 | |
| 10. | 4, 3 | 4, 2*10-8 | 0, 847*10-4 | |
| 11. | 4, 9 | 4, 9*10-8 | 0, 988*10-4 | |
| 12. | 5, 6 | 6, 3*10-8 | 1, 27*10-4 | |
| 13. | 6, 5 | 6, 3*10-8 | 1.28*10-4 | |
| 14. | 7, 4 | 7*10-8 | 1, 41*10-4 | |
| 15. | 8, 4 | 45*10-8 | 1, 81*10-4 | |
| 16. | 14, 8 | 59*10-8 | 2, 37*10-4 | |
| 17. | 23, 2 | 72*10-8 | 2, 87*10-4 | |
| 18. | 33, 4 | 89*10-8 | 3, 38*10-4 | |
| 19. | 45, 4 | 320*10-8 | 3, 82*10-4 |
Погрешности прямых измерений:
∆ h = 0, 0005 м
∆ t = 0, 1 0С
Примеры вычислений:
= 
= 
= 
= = 0, 23*10-4 °С-1
Окончательный результат:
α = (1, 7±0, 2)*10-4 °С-1
α ’n = (1, 81±0, 2)*10-4 °С-1
Анализ полученных данных:
В результате проведения данного опыта, я определила средний коэффициент термического расширения воды. Полученный результат не имеет расхождений с табличным α = (1, 7±0, 2)*10-4 °С-1
|