 |
Отчёт по лабораторной работе № 11.
|
|
|
|
По дисциплине:____________________ Физика___________________________
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Определение коэффициента термического расширение (объемного) жидкости
Выполнил: студент гр. ЭРC-11-1 ______________ / Крылов П.А. /
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: ______________ / Ежов О.Н. /
(подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2012 г.
Цель работы – Измерение изменения объема воды при нагреве её от 0ºC до 90ºC. Определение показателя коэффициента термического расширения.
Краткое теоретическое содержание:
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.
Коэффициент термического расширения воды – величина, характеризующая относительную величину изменения объема воды с увеличением температуры на 10 К, при постоянном давлении.
Фа́зовый перехо́д (фазовое превращение) в термодинамике — переход вещества из однойтермодинамической фазы в другую при изменении внешних условий
При фазовом переходе первого рода скачкообразно изменяются самые главные, первичные экстенсивные параметры: удельный объём, количество запасённой внутренней энергии, концентрация компонентов и т. п. Подчеркнём: имеется в виду скачкообразное изменение этих величин при изменении температуры, давления и т. п., а не скачкообразное изменение во времени.
|
|
|
Наиболее распространённые примеры фазовых переходов первого рода:
§ плавление и кристаллизация
§ испарение и конденсация
§ сублимация и десублимация
При фазовом переходе второго рода плотность и внутренняя энергия не меняются, так что невооружённым глазом такой фазовый переход может быть незаметен. Скачок же испытывают их производные по температуре и давлению: теплоёмкость, коэффициент теплового расширения, различные восприимчивости и т. д.
Схема установки
Колба 1 помещена в термостатированный объем 3, по которому циркулирует вода с температурой, заданной термостатом 4. Колба закрыта и сверху в неё вставлена измерительная трубка 2, позволяющая измерять высоту столба жидкости, вытесненной из колбы при нагревании.
Температура измеряется термометром 5. Термостат 4 управляется с пульта 6
Расчетные формулы
Средний коэффициент термического расширения воды a:
Где 
,
D - диаметр трубки
и 
- максимальная высота жидкости и начальная высота жидкости.
- начальный объем воды, 0,5 л
t – температура, в ºC
Коэффициент термического расширения воды для n-ого интервала:
где
- высота столба воды в начале n – интервала; 
- высота столба воды в конце n – интервала;
- температура воды в начале n – интервала;
- температура воды в конце n – интервала.
Таблица зависимости изменения объема и коэффициента термического расширения от температуры
Таблица 1
| Ед. измерений № опыта | T, ºC | h, см | 
| 
|
| 3,5 | -4.039*10^(-3) | |||
| 3,2 | -2,12*10^(-8) | -4.056*10^(-3) | ||
| 2,9 | -4,239*10^(-8) | -1.357*10^(-3) | ||
| 2,8 | -4,946*10^(-8) | -1.359*10^(-3) | ||
| 2,7 | -5,652*10^(-8) | 1.361*10^(-3) | ||
| 2,8 | -3,533*10^(8) | 2.711*10^(-3) | ||
| -3,533*10^(8) | 2.725*10^(-3) | |||
| 3,2 | -2,12*10^(-8) | 4.056*10^(-3) | ||
| 3,5 | 6.732*10^(-3) | |||
| 3,532*10^(-8) | 6.687*10^(-3) | |||
| 4,5 | 7,065*10^(-8) | 9.3*10^(-3) | ||
| 5,2 | 1,201*10^(-7) | 9.38*10^(-3) | ||
| 5,9 | 1.696*10^(-7) | 0.012 | ||
| 6,8 | 2.331*10^(-7) | 0.012 | ||
| 7,7 | 2.967*10^(-7) | 0.013 | ||
| 8,7 | 3.674*10^(-7) | 0.016 | ||
| 15,1 | 8.195*10^(-7) | 0.02 | ||
| 23,5 | 1.413*10^(-6) | 0.022 | ||
| 33,8 | 2.141*10^(-6) | 0.023 | ||
| 45,7 | 2.981*10^(-6) | 0.027 | ||
| 3.427*10^(-6) | - |
Примеры вычислений:
|
|
|
Средний коэффициент термического расширения воды 
.
Коэффициент расширения на интервале.
Графическое задание:
График зависимости изменения объема воды от температуры
Рис. 1
График зависимости изменения объема воды от температуры
Рис. 2
График зависимости коэффициента термического расширения
Рис. 3
Погрешности:
Погрешность вычисления среднего коэффициента термического расширения:
△αср=αср(
= 
Вывод: Проделав данную лабораторную работу, получил коэффициент термического расширения 
. При нагревании от 0 до 4 градусов Цельсия вода сжимается (см. Рис. 2), а, значит, коэффициент термического расширения принимает отрицательные значения, которые приведены в таблице 1, а при последующем нагревании расширяется (с. Рис. 1, 2), причем коэффициент термического расширения воды с каждым градусом становится больше (см. Рис. 3).
|
|
|
