1
UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KYTOWICYCH
I PRACOWNIA FIZYCZNA
Ć W I C Z E N I E NR 30
WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA
ROZSZERZALNOŚCI LINIOWEJ CIAŁ STAŁYCH
ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTĘPNEGO
1. Rozszerzalność cieplna ciał stałych, ciekłych i gazowych.
2. Siły międzycząsteczkowe. Energia wiązania w ciałach ciał stałych, ciekłych i gazowych.
3. Wzory dotyczące liniowej i objętościowej rozszerzalności temperaturowej ciał stałych.
4. Związek
między
liniowym
a
objętościowym
współczynnikiem
rozszerzalności
temperaturowej.
5. Budowa termostatu.
6. Termiczny wyłącznik bimetaliczny.
APARATURA
• Termostat z przewodami doprowadzającymi.
• Dylatometr z trzema rurkami A, B,C.
• Czujniki mikrometryczne.
• Linijka lub przymiar taśmowy.
2
WZORY SCHEMATY
Współczynnik rozszerzalności liniowej definiujemy jako
∆t
l
∆l
α
0
=
(30.1)
gdzie:
0
t
l
l
∆l
−
=
;
0
t
t
∆t
−
=
t
o
, t – temperatura początkowa i dana
0
t
l
,
l
- długości ciała w temperaturach t i t
o
Stosunek zmiany długości do długości początkowej
0
l
∆l
nazywamy względną zmianą długości,
czyli:
współczynnik rozszerzalności α oznacza względną zmianę długości przypadającą na jednostkę
zmiany temperatury
.
Długość ciała stałego przy zmianie temperatury o
∆t
określa zależność:
(
)
∆t
α
1
l
l
0
t
×
+
×
=
(30.2)
WYKONANIE ĆWICZENIA
1. Zamontować do dylatometru czujniki mikrometryczne (poprosić o sprawdzenie
prowadzącego lub laboranta).
2. Włączyć termostat (wraz z obiegiem chłodzącej wody), grzałka wyłączona (pokrętło
przełącznika skierowane w dół).
3. Po ustabilizowaniu się temperatury odczytać jej wartość początkową
t
0
i pomierzyć
kilkakrotnie długości początkowe
l
0
każdej rurki dylatometrycznej.
4. Wyzerować czujniki mikrometryczne przy t = t
0
.
4. Nastawić na termometrze kontaktowym termostatu temperaturę wyższą o ok. 5
o
C od
temperatury początkowej i załączyć grzanie (pokrętło przełącznika skierowane do góry).
5. Po ustabilizowaniu się temperatury odczytać dokładną wartość temperatury
t
i odpowiadające jej zmiany długości rurek dylatometrycznych
∆l
na czujnikach
mikrometrycznych.
6. Powtarzać kolejno czynności wg pkt. 4-5 aż do osiągnięcia temperatury ok.80
o
C.
7. W podobny sposób przeprowadzić pomiary dla temperatur malejących.
8. Zestawić dane doświadczalne dla każdej rurki dylatometrycznej w tabeli zawierającej
wartości
l
0
oraz
∆l
dla kolejnych temperatur
t
. Dla wszystkich danych pomiarowych (
l
0
,
∆l, t
) określić błąd doświadczalny..
3
Uwaga!!
Termometr kontaktowy służy wyłącznie do nastawiania przybliżonej wartości
temperatury stabilizowanej. Dokładną wartość temperatury odczytujemy
z termometru z nim sąsiadującego.
OBLICZENIA
1. Dla każdej rurki dylatometrycznej obliczyć średnią wartość długości początkowej
l
0
.
Określić niepewność pomiarową
∆ l
0.
2. Dla wszystkich temperatur obliczyć przyrosty temperatur
0
t
t
∆t
−
=
. Określić niepewności
pomiarowe
∆
(
∆
t)
oraz ∆
(
∆
l).
3. Dla każdej rurki dylatometrycznej sporządzić wykres
∆
l/l
0
w funkcji
∆
t. Metodą regresji
liniowej wyznaczyć współczynnik nachylenia prostej, który w tym przypadku jest równy
współczynnikowi rozszerzalności cieplnej
α
. Należy posłużyć się metodą regresji liniowej
korzystając z odpowiednich programów (kalkulator typu „Scientific”, ORIGIN, EXCELL).
Wyznaczyć niepewność pomiarową
∆α
.
4. W celach porównawczych należy sporządzić dodatkowo jeden wspólny wykres
∆
l/l
0
w
funkcji
∆
t dla wszystkich badanych materiałów i na jego podstawie przeanalizować uzyskane
wyniki pomiarów.
5. Porównać otrzymane wartości współczynników rozszerzalności cieplnej z danymi
literaturowymi
i
potwierdzić, że materiały, z których wykonano rurki A, B, C , to stal, miedź,
mosiądz.
∆l/l
0
∆t
4
LITERATURA
1. T. Dryński,
Ćwiczenia Laboratoryjne z Fizyki
(PWN, Warszawa).
2. H. Szydłowski,
Pracownia Fizyczna
(PWN, Warszawa).
3. S. Szczeniowski,
Fizyka Doświadczalna
,
t. II Ciepło
(PWN, Warszawa).
4. Dowolny podręcznik z
Fizyki Ogólnej
zawierający tematykę ćwiczenia.
