По дисциплине:____________________ Физика ___________________________
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Определение коэффициента термического расширение (объемного) жидкости
Выполнил: студент
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: ______________ / .. /
(подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2015 г.
Цель работы – Измерение изменения объема воды при нагреве её от 0ºC до 90ºC. Определение показателя коэффициента термического расширения.
Явление, лежащее в основе эксперимента – нелинейное изменение объема жидкости при изменении температуры.
Основные определения и понятия:
Температура – это величина, характеризующая степень нагретости тел. T – температура, [Т]=К.
Объём — количественная характеристика пространства, занимаемого телом или веществом.
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 (насчёт последнего см. ниже раздел Динамика фазовых переходов).
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
где
- коэффициент термического расширения воды на n – интервале;
- 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 1
| Ед. измерений № опыта | T, ºC | h, см |  *10^-3
| 
|
| 2,12 | 4,1 | |||
| 1,7 | 2,12 | 4,2 | ||
| 1,6 | 0,7 | 1,4 | ||
| 1,5 | 0,7 | 1,4 | ||
| 1,6 | 0,7 | 1,4 | ||
| 1,8 | 1,4 | 2,8 | ||
| 1,4 | 2,8 | |||
| 2,3 | 2,12 | 4,2 | ||
| 2,8 | 3,5 | 7,1 | ||
| 3,3 | 3,5 | 7,1 | ||
| 4,9 | ||||
| 4,7 | 4,9 | |||
| 5,6 | 6,36 | 12,9 | ||
| 6,5 | 6,36 | 12,9 | ||
| 7,5 | 7,07 | 14,3 | ||
| 13,9 | 45,22 | 18,3 | ||
| 22,3 | 59,35 | |||
| 32,6 | 72,77 | 29,4 | ||
| 44,5 | 84,07 | 33,8 |
Примеры вычислений:
Средний коэффициент термического расширения воды 
.
Коэффициент расширения на интервале.
График зависимости изменения объема воды от температуры 
График зависимости 
Погрешности:
1. Погрешность измерения изменения объёма воды:
△V = V(
.= 
= 
2. Погрешность вычисления среднего коэффициента термического расширения
△αср=αср(
= 
3.Погрешность расчета коэффициентов термического расширения воды на интервале:
△αn=αn(
+ 
)= 
Окончательный результат.
Вывод: Проделав данную лабораторную работу, получил результат, который не имеет расхождений с теорией о термическом расширении жидкостей (воды). Действительно, при нагревании от 0 до 4 градусов Цельсия вода сжимается, а, значит, коэффициент термического расширения принимает отрицательные значения, которые приведены в таблице 1. А при последующем нагревании расширяется, причем коэффициент термического расширения воды с каждым градусом становится больше.
