WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ROZSZERZALNOŚCI TERMICZNEJ ORAZ BADANIE PROCESÓW PRZEKAZYWANIA CIEPŁA, Ćwiczenia z Fizyka

Pobierz WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ROZSZERZALNOŚCI TERMICZNEJ ORAZ BADANIE PROCESÓW PRZEKAZYWANIA CIEPŁA i więcej Ćwiczenia w PDF z Fizyka tylko na Docsity!

ĆWICZENI

E

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ROZSZERZALNOŚCI

TERMICZNEJ ORAZ BADANIE PROCESÓW

PRZEKAZYWANIA CIEPŁA

1. Wstęp teoretyczny

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było wyznaczenie liniowego współczynnika

rozszerzalności cieplnej poprzez pomiar wydłużenia drutu w funkcji temperatury.

W moim przypadku zwiększamy temperaturę druta o długości początkowej L 0.

Przez przepływający prąd elektryczny jego względne wydłużenie ∆ L zmienia się pod

wpływem zmiany temperatury ∆^ T^ = t − t 0.

Zjawisko wydłużania się ciała stałego pod wpływem temperatury spowodowane jest

zwiększającą się amplitudą drgań atomów budujących to ciało oraz wzrostem średnich

odległości między atomami.

2. Wykaz przyrządów

• Czujnik mikrometryczny do pomiaru wydłużenia drutu
• Zasilacz prądu stałego: wydajność prądowa = 5A, Uwy = min. 10V
• Woltomierz
• Cyfrowy miernik temperatury 3. Cel ćwiczenia

 Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności liniowej metalu.

4. Schemat układu pomiarowego

5.Przedstawienie wyników przeprowadzonych badań Tabela 1. Dane pomiarowe: 29/ lp. Lo to t ΔLL [m] [°C] [°C] mm 1 0,885 22,3 22,3 0 2 0,885 22,3 26,4 0, 3 0,885 22,3 37,8 0, 4 0,885 22,3 54,7 0, 5 0,885 22,3 73,1 0, 6 0,885 22,3 97,4 1, 7 0,885 22,3 117,8 1, 8 0,885 22,3 148,1 1, 9 0,885 22,3 178,1 2,

lp. Lo to t ΔLL

[m] [°C] [°C] mm

Tabela 3. Tabela wartości wielkości fizycznych związanych z wyznaczaniem współczynnika rozszerzalności termicznej drutu  Tabela 2. Dane pomiarowe:

6.Przykładowe objaśnienia oraz obliczenia

6.1 Objaśnienie wartości:

 L 0 – początkowa długość drutu(α)zawarta w instrukcji)

 t 0 – temperatura początkowa drutu

 ΔT – przyrost temperatury drutuT – przyrost temperatury drutu

 ΔT – przyrost temperatury drutuL – przyrost długości drutu

 ΔT – przyrost temperatury drutuL/L 0 – względne wydłużenie drutu

 α – współczynnik rozszerzalności termicznej drutu

6.2 Przykładowe obliczenia i wzory

ΔT T =t−t

u(α)t) = uB(α)t) =

3.24 °C

√^3

= 1.871°C ≈ 1.9°C

T = 54.7°C - 22.3°C = 32.4°C

∆gt = ± 5% rdg + 0.5°C

∆gt 0 = 5% · t 0 + 0.5°C

uc(α)T) = √¿ ¿

uc(α)T) = √(1.9 ° C )^2 +(0.94 ° C )^2 = 2.119°C ≈ 2.2°C

L

L 0

0.46 mm

885 mm

= 0.000519 = 5.2×10-

u(α)∆L) = uB(α)∆L) =

0.01 mm

√^3 = 0.00577mm ≈ 5.8×10-6m uc(α)

L

L 0

uc(α)

L

L 0

) = √¿ ¿ = 0.00000693 ≈ 7.0×10-

u(α)t) = uB(α)t) =

∆g t

√^3 u(α)t 0 ) = uB(α)t 0 ) =

∆g t 0

√^3 α = 14.54 ×10-^

° C

(α)Odczytany z aproksymacji liniowej części wykresu) u(α)α) = 0.26×10-^

° C

(α)Odczytany z aproksymacji liniowej części wykresu) 7.Wykresy Wykres 1. Charakterystyka względnego wydłużenia drutu w funkcji zmian przyrostu temperatury

8.Wnioski

Z danymi zawartymi w tabeli wartości współczynników rozszerzalności liniowej wybranych

substancji umieszczonej w instrukcji, możemy dojść do wniosku, że materiałem z którego

wykonany był badany drut jest złoto. Składa się na to α [1/oC], które w naszym przypadku

wynosi ok. 14,5*10-6 [1/oC], co wskazuje na złoto.

Z pomiarów względnego wydłużenia drutu w funkcji zmian przyrostu temperatury

naniesionych na Wykres 1. możemy odczytać, że zależność wydłużenia drutu jest

proporcjonalna do wartości przyrostu jego temperatury. Na podstawie metody regresji

liniowej udało się wyznaczyć wartość współczynnika rozszerzalności termicznej drutu α.

Możemy również zauważyć, iż wraz ze wzrostem temperatury niepewność złożona przyrostu

temperatury rośnie.