1. Cel ćwiczenia
· Pomiar wydłużenia względnego drutu w funkcji temperatury
· Wyznaczenie liniowego współczynnika rozszerzalności cieplnej
2. Wstęp
Zjawisko rozszerzalności cieplnej polega na zmianie rozmiarów ciał spowodowanej wzrostem temperatury, jeżeli w danym zakresie temperatur nie następują przejścia fazowe. Zwiększonym rozmiarom ciała odpowiada w obrazie mikroskopowym większa średnia odległość między jego atomami. Wzrost średnich odległości międzyatomowych, towarzyszący wzrostowi temperatury ciała, znajduje uzasadnienie w charakterze wzajemnych oddziaływań między atomami tego ciała.
Siły oddziaływań między cząsteczkowych w funkcji odległości między cząsteczkami:
1 - siły przyciągania F1
2 - siły odpychania F2
3 - siły wypadkowe F1 i F2
Gdy odległości między sąsiadującymi atomami stają się mniejsze od r0 - zaczynają przeważać siły odpychania, gdy są większe - odwrotnie, tzn. siły przyciągania. W ten sposób r0 jest odległością między atomami, odpowiadającą stanowi równowagi, w jakiej znajdowałyby się atomy wówczas, gdyby nie było ruchu cieplnego zakłócającego równowagę sieci. Ze wzrostem temperatury zwiększa się amplituda drgań poszczególnych atomów. Krzywa przedstawiająca zależność energii potencjalnej od odległości między cząstkami jest asymetryczna, w związku z czym zmiana temperatury a więc i energii powoduje zmianę długości drutu.
Badanie rozszerzalności cieplnej ciał stałych jest oparte na prawie opisującym zależność długości ciała od temperatury: gdzie
długość ciała w temperaturze T
długość ciała w temperaturze T0
współczynnik rozszerzalności liniowej
3. Pomiary
L0
∆L0
t0
t
∆t
∆T
∆L
∆∆L
[m]
[˚C]
0,875
0,004
22,6
23,8
0,5
1,2
2,0 E-5
1,0 E-5
27,0
4,4
6,0 E-5
33,0
10,4
1,60 E-4
45,0
22,4
3,20 E-4
55,7
33,1
4,70 E-4
68,6
46,0
6,70 E-4
82,3
59,7
8,70 E-4
96,1
73,5
1,10 E-3
115,4
92,8
1,36 E-3
132,0
109,4
1,61 E-3
141,3
118,7
1,72 E-3
L0 oraz ∆L0 – odczytane z instrukcji roboczej
∆t=0,05%+0,5℃≈0,5℃ dla miernika temperatury THERMOMETER Type: K/J YC-61N
∆∆L= 0,01 mm = 1,0 E-5 m dla czujnika mikrometrycznego Limit Jeweled
∆T = t – to = 23,8˚C – 22,6˚C = 1,2˚C
4. Wyniki i wykresy
∆LL0
∆∆LL0
Z wykresu
Z regresji
∆αα
α
α=A
∆α=∆A
1/K
dawidjas91