Материал: Отчет по лабораторной работе 11 Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости

Министерство образования и науки Российской Федерации


Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

Кафедра общей и технической физики

(лаборатория механики)

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №11
Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости.


Выполнил: студент гр. САМ-_______________ / /

^{(подпись) (Ф.И.О.)}


Проверил: _______________ / /

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2022

1. 
   Цель работы:
   

1. 
   измерить изменение объема воды при нагревании от 0С до 90С
   
2. 
   определить показатель коэффициента термического расширения.
   

2. 
   Краткое теоретическое содержание:
   

1. 
   Явление, изучаемое в работе – термическое расширение (объемное) жидкости.
   

2. 
   Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:
   

• 
  Жидкость - это агрегатное состояние вещества, промежуточное между твёрдым и газообразным состояниями. Жидкость, сохраняя отдельные черты как твёрдого тела, так и газа, обладает, однако, рядом только ей присущих особенностей, из которых наиболее характерная — Текучесть. Подобно твёрдому телу, жидкость сохраняет свой объём, имеет свободную поверхность, обладает определённой прочностью на разрыв при всестороннем растяжении и т. д. С другой стороны, взятая в достаточном количестве жидкость принимает форму сосуда, в котором находится. Принципиальная возможность непрерывного перехода жидкости в газ также свидетельствует о близости жидкого и газообразного состояний.
  

• 
  Объемное расширение - отношение увеличения или уменьшения объема тела к первоначальному объему этого тела.
  

• 
  Коэффициент термического (объемного) расширения – коэффициент, который служит для характеристики расширения жидкости.
  

3. 
   Законы и соотношения, использованные при выводе расчетной формулы:
   

Изменение объема жидкости при изменении температуры:

V = V₀T

4. 
   Пояснения к физическим величинам, входящим в формулу, и единицы их измерений:
   

 - коэффициент объемного термического расширения воды [] = ^оС^-1

V - объём [V] = м³

D – диаметр трубки [D] = мм

V_o - начальный объем воды [V] = м³

V - объём [V] = м³

t_о - начальная температура [t] = ^оС

t - температура [t] = ^оС

h – высота уровня жидкости [V] = м

3. 
   Схема установки:
   

Рисунок 1– Экспериментальная установка

1 – закрытая колба, помещенная в термостатированный объём

2 – измерительная трубка, вставленная в колбу

3 – термостатированный объём

4 – регулируемый термостат

5 – термометр

6 – пульт управления термостатом 4

4. 
   Расчетные формулы
   

Средний коэффициент термического расширения:

,

где , D - диаметр трубки (параметр установки, указывается преподавателем), h_max и h_min - максимальная высота жидкости (при температуре t) и начальная высота жидкости;

V₀ - начальный объем воды, принимается равным 0,5 л;

t- температура (в С), соответствующая максимальной высоте столба жидкости.

Коэффициент термического расширения:

,

где ’_n - коэффициент термического расширения воды на n - температурном интервале;

h_n - высота столба воды в начале n – интервала, м

h_n+1 - высота столба воды в конце n – интервала, м

t_n

- температура воды в начале n – интервала, °C

t_n+1 - температура воды в конце n – интервала, °C

5. 
   Погрешность прямых измерений
   

Абсолютная погрешность косвенных измерений коэффициента термического расширения

6. 
   Таблицы с результатами измерений и вычислений
   

Таблица 1 (удлинение проводника при разном напряжении)

Физ. величина	Т	h	V*10-8	*10-3
Ед. измерений Номер опыта	оС	см	м3	оС-1
1	1	2	0	0
2	2	1,9	-7	0
3	3	1,8	-14,3	0
4	4	1,8	-14,3	4,2
5	5	2,5	9,2	2,8
6	6	3,1	10,6	4,2
7	7	3,4	12,7	2,8
8	8	3,6	14,1	5,6
9	9	4	16,9	8,4
10	10	4,6	21,2	9,9
11	11	5,3	26,2	10
12	12	6	31,1	11,3
13	13	6,8	36,8	14,1
14	14	7,8	43,8	14,1
15	15	8,8	50,9	17,5
16	20	15,2	94,7	25,4
17	25	23,5	158,3	25,4
18	30	33,4	221,2	36,8
19	35	45,8	313,8	47,8

,

7. 
   Пример вычисления (для одного опыта):
   

Т = 14 ^оС t _n+1 = 15 ^оС h _n = 7,8 см =0,078 м

h _max = 7,8см = 0,078м t _n = 14 ^оС V₀ = 0,5 л = 0,0005 м³

h _min = 2см = 0,02м h _n+1 = 8,8 см = 0,088 м D = 3 мм =0,003 м

V = = 43,8*10^-8 м³

’ = = 14,1*10^{-3 0}С



^{Δα =9,15}

8. 
   Графический материал
   

График 1 – Зависимость объема от температуры



График 2 – Зависимость коэффициента термического расширения от температуры

9. 
   Вывод
   

В ходе лабораторной работы были проведены опыты, необходимые для измерения коэффициента термического расширения (объемного) жидкости и установлена его зависимость от температуры. В ходе опытов был экспериментально установлен объем воды при температурах от 0^о до 37^о градусов.