Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności liniowej ciał stałych.

UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KYTOWICYCHI PRACOWNIA FIZYCZNAĆ W I C Z E N I E NR 30WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKAROZSZERZALNOŚCI LINIOWEJ CIAŁ STAŁYCHZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTĘPNEGO1. Rozszerzalność cieplna ciał stałych, ciekłych i gazowych.2. Siły międzycząsteczkowe. Energia wiązania w ciałach ciał stałych, ciekłych i gazowych.3. Wzory dotyczące liniowej i objętościowej rozszerzalności temperaturowej ciał stałych.4. Związek między liniowym a objętościowym współczynnikiem rozszerzalnościtemperaturowej.5. Budowa termostatu.6. Termiczny wyłącznik bimetaliczny.APARATURA• Termostat z przewodami doprowadzającymi.• Dylatometr z trzema rurkami A, B,C.• Czujniki mikrometryczne.• Linijka lub przymiar taśmowy.1

WZORY SCHEMATYWspółczynnik rozszerzalności liniowej definiujemy jakogdzie: ∆l = l t− l0; ∆t = t − t0α∆ll ∆t=(30.1)0t o , t – temperatura początkowa i danal , - długości ciała w temperaturach t i t otl 0∆lStosunek zmiany długości do długości początkowej nazywamy względną zmianą długości,l 0czyli:współczynnik rozszerzalności α oznacza względną zmianę długości przypadającą na jednostkęzmiany temperatury.Długość ciała stałego przy zmianie temperatury o ∆t określa zależność:l l0( 1+α ∆t)t= × ×(30.2)WYKONANIE ĆWICZENIA1. Zamontować do dylatometru czujniki mikrometryczne (poprosić o sprawdzenieprowadzącego lub laboranta).2. Włączyć termostat (wraz z obiegiem chłodzącej wody), grzałka wyłączona (pokrętłoprzełącznika skierowane w dół).3. Po ustabilizowaniu się temperatury odczytać jej wartość początkową t 0 i pomierzyćkilkakrotnie długości początkowe l 0 każdej rurki dylatometrycznej.4. Wyzerować czujniki mikrometryczne przy t = t 0 .4. Nastawić na termometrze kontaktowym termostatu temperaturę wyższą o ok. 5 o C odtemperatury początkowej i załączyć grzanie (pokrętło przełącznika skierowane do góry).5. Po ustabilizowaniu się temperatury odczytać dokładną wartość temperatury ti odpowiadające jej zmiany długości rurek dylatometrycznych ∆l na czujnikachmikrometrycznych.6. Powtarzać kolejno czynności wg pkt. 4-5 aż do osiągnięcia temperatury ok.80 o C.7. W podobny sposób przeprowadzić pomiary dla temperatur malejących.8. Zestawić dane doświadczalne dla każdej rurki dylatometrycznej w tabeli zawierającejwartości l 0 oraz ∆l dla kolejnych temperatur t. Dla wszystkich danych pomiarowych (l 0 ,∆l, t ) określić błąd doświadczalny..2

Uwaga!!Termometr kontaktowy służy wyłącznie do nastawiania przybliżonej wartościtemperatury stabilizowanej. Dokładną wartość temperatury odczytujemyz termometru z nim sąsiadującego.OBLICZENIA1. Dla każdej rurki dylatometrycznej obliczyć średnią wartość długości początkowej l 0 .Określić niepewność pomiarową ∆ l 0.2. Dla wszystkich temperatur obliczyć przyrosty temperatur ∆t = t − t0. Określić niepewnościpomiarowe ∆ (∆ t) oraz ∆ (∆ l).3. Dla każdej rurki dylatometrycznej sporządzić wykres ∆l/l 0 w funkcji ∆t. Metodą regresjiliniowej wyznaczyć współczynnik nachylenia prostej, który w tym przypadku jest równywspółczynnikowi rozszerzalności cieplnej α. Należy posłużyć się metodą regresji liniowejkorzystając z odpowiednich programów (kalkulator typu „Scientific”, ORIGIN, EXCELL).Wyznaczyć niepewność pomiarową ∆α.4. W celach porównawczych należy sporządzić dodatkowo jeden wspólny wykres ∆l/l 0 wfunkcji ∆t dla wszystkich badanych materiałów i na jego podstawie przeanalizować uzyskanewyniki pomiarów.∆l/l 0∆t5. Porównać otrzymane wartości współczynników rozszerzalności cieplnej z danymiliteraturowymi i potwierdzić, że materiały, z których wykonano rurki A, B, C, to stal, miedź,mosiądz. Zestawić wartości, błędy bezwzględne i względne w tabeli. Omówić otrzymanewyniki.3

LITERATURA1. T. Dryński, Ćwiczenia Laboratoryjne z Fizyki (PWN, Warszawa).2. H. Szydłowski, Pracownia Fizyczna (PWN, Warszawa).3. S. Szczeniowski, Fizyka Doświadczalna, t. II Ciepło (PWN, Warszawa).4. Dowolny podręcznik z Fizyki Ogólnej zawierający tematykę ćwiczenia.4