Temat ćwiczenia : Pomiar współczynnika rozszerzalności cieplnej metali.

Cel ćwiczenia : Zapoznanie się ze zjawiskiem rozszerzalności cieplnej i naprężeń termicznych metali, wykreślenie charakterystyki wydłużenia w funkcji temperatury.

1.Wprowadzenie:

Typowe zjawiska, które towarzyszą wzrostowi temperatury to zmiana rozmiaru i stanu skupienia ciała. W ćwiczeniu rozpatrywane jest zjawisko rozszerzania się ciała ze wzrostem temperatury. Dla ciał stałych o wyróżnionym kierunku
(np. długość l_t pręta metalowego) mamy do czynienia ze zwiększaniem wymiarów liniowych proporcjonalnych do przyrostu temperatury. Dlatego wprowadzono pojęcie współczynnika rozszerzalności liniowej.

l_t = l₀ ( 1+ a Dt )

gdzie : l₀ - długość początkowa ,
a - współczynnik rozszerzalności liniowej,
Dt - różnica temperatur.

Można przyjąć, że wartość współczynnika rozszerzalności liniowej a dla danego materiału jest wielkością stałą
(zależy w niewielkim stopniu dla stosunkowo wysokich temperatur). Jeżeli wydłużenie ciała zostanie w jakiś sposób ograniczone, powstaną wewnątrz niego naprężenia zwane termicznymi.

Porównując przyrost długości z prawa Hooke'a

do temperaturowego przyrostu długości Dl = l₀ a Dt ,

otrzymujemy wzór na naprężenie p , któremu należy przeciwdziałać aby dla danego przyrostu temperatury Dt

nie dopuścić do wydłużenia ciała.

p = E a Dt

2.Przebieg ćwiczenia :

W układzie pomiarowym przedstawionym na rysunku, zwiększając stopniowo prąd grzałki, odczytujemy wydłużenie przy zmianach wartości siły termoelektrycznej termopary co 1mV do 23 mV. Wyniki umieszczamy w tabeli.

3.Układ pomiarowy :