термического расширения (объёмного) жидкости

 

 

Выполнил: студент группы ГС-12-2 Козлов Г. А.

Проверил: доцент Фицак В.В.

 

Санкт-Петербург

 

1. Цель работы:

 

Измерение изменения объёма воды при нагреве её от 0ºC до 90ºC. Определение показателя коэффициента термического расширения.

 

2. Краткое теоретическое содержание.

1) явление, лежащее в основе лабораторной работы – нелинейное изменение объема жидкости при изменении температуры.

2) определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:

i. Температура - это физическая величина, характеризующая степень нагрева предмета, измеряемую в градусах по шкале Цельсия, Фаренгейта и некоторых других.

ii. Объём — количественная характеристика пространства, занимаемого телом или веществом.

iii. Коэффициент термического расширения – Коэффициент теплового расширения — безразмерная величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении.

3) Теоретический ожидаемый результат:

теоретический ожидаемый результат удельной теплоемкости Fe - 444 Дж/Кг·К.

Схема установки:

 

Колба 1 помещена в термостатированный объем 3, по которому циркулирует вода с температурой, заданной термостатом 4. Колба закрыта и сверху в нее вставлена измерительная трубка 2, позволяющая измерять высоту столба жидкости, вытесненной из колбы при нагревании. Температура измеряется термометром 5. Термостат 4 управляется с пульта 6.

3. Основные расчётные формулы:

1) средний коэффициент термического расширения воды a:

 

, где ,D - диаметр трубки,

и - максимальная высота жидкости и начальная высота жидкости, - начальный объем воды, t – температура, в ºC

 

2) Коэффициент термического расширения воды для n-ого интервала:

 

 

 

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.

 

4. Формулы погрешности косвенных измерений.

1) Погрешность измерения изменения объёма воды:

△V = V ( = =

2) Погрешность вычисления среднего коэффициента термического расширения:

△α_ср=α_ср( =

3) Погрешность расчёта коэффициентов термического расширения воды на интервале:

△α_n=α_n( + )=3,1·10^-3

5. Таблица результатов измерений и вычислений:

 

Физ. велич.	Т	h	ΔV	a
№ Ед.Изм	оС	м	10-6 м3	10-6 оС-1
		0,029	-0,25	-500
		0,028	-0,38	-380
		0,027	-0,05	-33
		0,027	-0,05	-25
		0,027	-0,05	-20
		0,028	-0,038	-13
		0,03	-0,013	-3,7
		0,031	0,001	0,25
		0,033	0,025	5,56
		0,036	0,063	12,6
		0,04	0,113	20,5
		0,044	0,163	27,2
		0,049	0,226	34,8
		0,059	0,352	50,3
		0,06	0,364	48,5
		0,096	0,816	81,6
		0,143	1,407
		0,2	2,123
		0,268	2,977
		0,344	3,931
		0,428	4,986
		0,029	6,142

 

h_min=0,031м; h_max=0,52м; t_min=0°C; t_max=50°C, D=0,004; V₀=0,5л=0,0005м³

 

Погрешности прямых измерений:

ΔТ=0,1^оС, Δ h=0,05·10^-3м, ΔV₀=0,000001 м³

Средний коэффициент термического расширения воды:

6. Пример вычислений.

 

-0,25·10^{-6 м3}

0,0045 ^оС^-1

7. Графический материал:

Рисунок 1. График зависимости изменения объема воды от температуры .

Рисунок 2. График зависимости .

8. Окончательный результат:

9. Вывод:

В ходе лабораторной работы наблюдал за изменением объёма воды при нагреве её от 0ºC до 50ºC. При нагреве воды от 0 до 2 ºC, объем воды уменьшается, от 3 до 5 ºC остаётся неизменным, при дальнейшем нагревании объем растёт.