Порядок выполнения работы.

1. Измерить штангенциркулем длину стержня и закрепить его в держателе.

2. Замерить температуру в помещении

3.Включить установку и прогреть ее в течение такого времени, пока не установится тепловое равновесие и расширение стержня не прекратится.

4.Снять показания индикатора и замерить температуру внутри сопротивления МЛТ.

5. Из формулы

l = l₀(1 + a∆t^°)

Найти коэффициент линейного расширения za. Здесь l – длина расширенного стержня, l₀ – длина стержня при комнатной температуре, l - l₀ = ∆l – показания индикатора, ∆t^° = t_н^° - t_к^°; t_н^° - температура нагрето стержня, t_н^° - комнатная температура.

a =

5. Дать сопротивлению и стержню остыть до комнатной температуры и повторить измерения.

6. Данные занести в таблицу.

№	∆l	∆t°	a	3a

Контрольные вопросы

1. Чем обусловлено линейное расширение твердых тел? Каков его физический механизм?

2. Нарисуйте кривую зависимости межатомного взаимодействия в зависимости от расстояния между взаимодействующими атомами.

3. Нарисуйте под предыдущей кривой кривую зависимости потенциальной энергии взаимодействия частиц от расстояния между ними.

4. Является ли коэффициент линейного расширения твердого тела величиной постоянной во всем температурном диапазоне?

5. Определите коэффициент объемного расширения твердых тел. В чем отличие объемных коэффициентов расширения твердых тел и газов?

6. Всегда ли при нагревании твёрдые тела расширяются?

7. Что называется абсолютным и относительным расширением тела?

8. Что называется коэффициентом линейного расширения тела?

9. Каков физический смысл коэффициента линейного расширения тела?

10. Назовите единицы коэффициента линейного расширения.

11. Запишите формулу, определяющую длину твёрдого тела при любой температуре.

12. Приведите примеры учёта теплового расширения тел в технике.

13. Какова связь между коэффициентами объёмного и линейного расширения в случае изотропных и анизотропных твёрдых тел?

14. Выведите формулу для расчёта погрешностей результатов измерений коэффициента линейного расширения твёрдых тел.

Литература.

1. И.В. Савельев, Курс общей физики Т.1., М., Наука, 1973 г. (§ 140, § 141, стр.469).

2. Физические величины. Справочник. Под редакцией И.С. Григореева и И.З. Мейлихова.

 

 

 

Определение коэффициента объемного расширения жидкости методом Дюлонга и Пти

 

 

Оборудование: прибор Дюлонга и Пти, кипятильник, электроплитка, исследуемая жидкость, термометр, два химических стакана.

 

Введение

 

Для определения коэффициента объемного расширения необходимо найти изменение объема жидкости при нагревании. Однако изменение объема жидкости объясняется не только ее расширением, но и изменением объема сосуда при нагревании, что затрудняет использование для определения коэффициента объемного расширения формулы.

где V – объем жидкости при температуре t; - объем жидкости при 0ºС.

П. Дюлонг и А. Пти предложили метод определения коэффициента объемного расширения жидкости, основанный на законе равновесия разнородных жидкостей в сообщающихся сосудах. Этот метод позволяет не учитывать расширение сосудов, т.е.

⁽¹⁾

 

где , и , - высоты уровней и плотности жидкостей в коленах сообщающихся сосудов.

Если в сосуд U-образной формы налить жидкость и поддерживать разную температуры в правом и левом коленах сосуда, то плотность жидкости в обоих коленах будет неодинаковая, поскольку она зависит от температуры:

 

(2)

где - плотность при температуре t, - плотности при 0ºС; - коэффициент объемного расширения жидкости.

Из уравнений (1) и (2) можно легко найти коэффициент объемного расширения жидкости:

(3)

поскольку коэффициент объемного расширения зависит (хотя и незначительно) от температуры, формула (3) дает его среднее значение в определенном интервале температур.

 

Описание установки

Прибор Дюлонга и Пти (рис. 2.34) представляет собой U-образную трубку 6, которая заполняется исследуемой жидкостью. Оба колена (3 и 4) помещаются в стеклянные цилиндры 5. Через один из них пропускают через один из них пропускают пар кипящей воды, поступающей из кипятильника, а через другой – воду из водопроводного крана. Разность высот жидкостей в нагретом и не нагретом коленах отсчитывается по миллиметровой шкале 1. Температура охлаждающей воды измеряется термометром 2, расположенным на входе потока воды. Вся установка укреплена на штативе.

 

Порядок выполнения работы

1. Под нижнюю трубку правого цилиндра поставьте стакан для стока воды, которая образуется при конденсации пара.

2. Включите кипятильник в сеть и пропускайте через правый сосуд пар кипящей воды, а через левый – поток холодной воды. При этом следите, чтобы термометр 2 полностью находился в холодной воде.

3. Через некоторое время после появления пара в правом сосуде определите высоты уровней и и разность уровней жидкостей в обеих коленах сообщающихся сосудов.

4. Определите по барометру атмосферное давление .

5. Определите температуру термометром, а температуру - по прил. 18.

6. Определите коэффициент объемного расширения по формуле (3).

7. Полученные результаты запишите в таблицу:

 

 

Контрольные вопросы и задания

1. Поясните механизм объемного расширения тел.

2. Что называется коэффициентом объемного расширения тел?

3. Какие трудности возникают при определения коэффициента объемного расширения жидкости?

4. Сформулируйте законы сообщающихся сосудов и получите рабочую формулу для определения коэффициента объемного расширения жидкостей.

5. В чем преимущество метода Дюлонга и Пти по сравнению с другими методами определения коэффициента объемного расширения жидкости.

6. Перечислите методы определения коэффициента объемного расширения жидкости.

7. Как зависит плотность вещества от температуры?

8. Запишите формулу для вычисления объема жидкости при любой температуре.

9. Как влияют капиллярные явления на точность результатов при определения коэффициента объемного расширения методом Дюлонга и Пти?

10. Выведите формулу для расчета погрешностей результатов измерений коэффициента объемного расширения жидкостей.