Вимірювання коефіцієнта лінійного розширення металу

Рис.6

Лабораторна установка та методика вимірювання.

Проходження струму через провідник, якщо він не перебуває в стані надпровідності, супроводжується його нагріванням. Це пояснюється тим, що електричні заряди, рухаючись напрямлено, зазнають опору в середовищі провідника. Цей висновок називається законом Джоуля-Ленца кількість теплоти , що виділяється на певній ділянці провідника, прямо пропорційна силі струму І, що проходить через провідник, напрузі на його кінцях U і часу t проходження струму:

, (3)

де t – час проходження струму, І – сила струму, U – напруга, R – опір.

Якщо силу струму взято в амперах, напругу у вольтах, а час в секундах, то кількість теплоти, що виділяється, виражається у джоулях. Дріт нагрівається, опір металу збільшується зі збільшенням температури за законом

, (4)

де R ₁ – опір дроту при кімнатній температурі t ₁ °С,

R ₂ – опір дроту при нагріванні його до температури t ₂ °С

1/К – температурний коефіцієнт, опору ніхромового проводу.

З співвідношення (4) можна визначити різницю температур

(5)

якщо відомі величини опорів R ₁ та R ₂.

Опір R ₁ визначається по формулі

, (6)

де l ₁=0,35 м – довжина проводу при кімнатній температурі.

Ом´м – питомий опір ніхрому при t ^o=20^o C

d = 0,4 мм – її діаметр.

Опір проводу R ₂ при температурі t ₂визначається згідно закону Ома для ділянки кола

(7)

Видовження проводу , при нагріванні вимірюється по шкалі 5.

2. ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

1. Ввімкнути джерело струму. Зачекати 20 – 30 с. Поки дріт нагрівається до максимальної температури і настане стан теплової рівноваги. Виміряти силу струму, напругу і видовження проводу Δl.

2. Виміряти температуру повітря t ₁ в лабораторії.

3. По формулі (6) обчислити опір проводу R₁ при температурі t₁.

4. Для значень I та U визначити опір проводу R₂ при температурі t₂, використовуючи закон Ома (7).

5. Використовуючи співвідношення (5), обчислити різницю температур t₂-t₁. Знайти температуру нагрітого дроту t₂.

6. За формулою визначити коефіцієнт лінійного розширення ά для ніхромового дроту

7. Порівняти кінцевий результат з табличним значенням.

8. Оформити звіт, обчислення занести у таблицю:

I, А	U, В	l 1, мм	l 2, мм	Δ l, мм	R1, Ом	R2, Ом	Δ t, С0	, град-1

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ.

1. Дайте визначення коефіцієнта лінійного розширення твердих тіл?

2. Поясніть причину теплового розширення твердих тіл.

3. Як визначається опір проводу R ₁ при кімнатній температурі t ₁та опір нагрітого проводу R₂?

4. Чому при проходженні струму по металевому провіднику він нагрівається?

5. Як змінюється опір провідника при зміні температури?

6. Як визначається в роботі температура нагрітого проводу?

7. Як можна визначити кількість теплоти, що виділяється в провіднику при проходженні струму?

Тестові питання для захисту лабораторної роботи:

1. Як визначається коефіцієнт лінійного розширення твердих тіл?

а)

б)

в)

2.Чому дорівнює абсолютне видовження дроту?

а)

б)

в)

3.Від чого залежить опір провідника?

а) U, S, ;

б) I, l, ;

в) S, l, .

4.Як змінюється опір провідника при зміні температури?

а) не змінюється;

б) збільшується зі збільшенням температури;

в) збільшується зі зменшенням температури.

5.Яка причина теплового розширення металу?

а) збільшується розмір молекул;

б) збільшується кількість зіткнень між молекулами;

в) зростає амплітуда коливань йонів у кристалічній гратці.

6.Як можна визначити кількість теплоти, що виділяється в провіднику при проходженні струму?

а)

б)

в) .

7.Яка причина виникнення опору в провіднику?

а) тепловий рух частинок;

б) тепловий рух частинок та взаємодія електронів з іонами кристалічної гратки;

в) взаємодія електронів з іонами кристалічних ґраток.

8.Як в лабораторній роботі визначається опір дроту R₁ при кімнатній температурі та опір нагрітого дроту R₂?

а)

б)

в)

9.Як в лабораторній роботі визначається температура нагрітого дроту?

а) ;

б) ;

в) .

10. Чому при проходженні струму провідник нагрівається?

а) тепловий рух частинок та взаємодія електронів з іонами кристалічних ґраток;

б) тепловий рух частинок;

в) взаємодія електронів з іонами кристалічних ґраток.

Обсяг робіт з молекулярної фізики та термодинаміки та рейтингова оцінка знань спеціальність „Агрономія"

Обсяг робіт з молекулярної фізики та термодинаміки та рейтингова оцінка знань спеціальність „Технологія виробництва і переробки продукції тваринництва"

Обсяг робіт з дисципліни „Фізика" та рейтингова оцінка знань спеціальність „Процеси, машини та обладнання агропромислового виробництва"

Обсяг робіт з дисципліни „Фізика" та рейтингова оцінка знань спеціальність „Професійна освіта"

Обсяг робіт з дисципліни „Фізика" та рейтингова оцінка знань напрям підготовки 6.100101 “Енергетика та електротехнічні системи в агропромисловому комплексі“

Л І Т Е Р А Т У Р А

1. Кучерук І.М., Горбачук І.Т. Загальна курс фізика.. Київ Техніка.1999. т.1.

2. Грабовський Р.І. Курс фізики. – “Вища школа”, М., 1980.

3. Трофімова Т.І. Курс фізики. – “Вища школа”, М., 1985.

4. Детлаф А.А., Яворський Б.М., Милковська Л.Б. Курс фізики. – “Вища школа”, 1973 -1979.Т 1,2,3.

5. Дущенко В. П. " Загальна фізика". Вища школа, 1993.

6. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. –М. Наука, 1972 – 1974. Т 1,2,3.

7. Савєльєв І.В. Курс загальної фізики,. – М.: Наука, 1972 - 1974.

8. Яворський Б.М. "Основа фізики", т. І - 3-є вид., М., Наука, 1981.

9. Чолпан П.П. «Фізика», Київ «Вища школа», 2003.

10. Г. И. Епифанов. Физика твёрдого тела. М. Высшая школа. 1977.

11. Киттель Ч. Введение в физику твёрдого тела. М. Физматгиз 1963.

12. І.Є. Лопатинський, І.Р. Зачек, Г.А. Ільчук, Б.М. Романишин Фізика. Львів: Афіша, 2005.

13. Посудін Ю. І. Фізика Підручник. Біла Церква: Видавництво Білоцерківського національного аграрного університету.