Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости
Работа из раздела: «
Физика и энергетика»
/
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный горный университет
Отчёт по лабораторной работе
По дисциплине: Физика
Тема: Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости
Санкт-Петербург
2012 г.
Цель работы - Измерение изменения объема воды при нагреве её от 0єC до 90єC. Определение показателя коэффициента термического расширения.
Краткое теоретическое содержание:
В данной работе исследуется изменение объема воды в диапазоне температур от 0С до 4090С, максимальная температура ограничена длиной измерительной трубки. Вода находится в колбе из кварцевого стекла, коэффициент термического расширения которого ничтожно мал, и им при выполнении данной работы можно пренебречь. Измерительная трубка выбирается диаметром в несколько миллиметров, что позволяет пренебречь силами поверхностного натяжения.
Колба с водой помещена в термостат, который позволяет устанавливать температуру в интервале 2090С, т.е. выше температуры окружающего воздуха. Для проведения измерений в интервале 020С термостат в начале работы заполняется смесью льда и воды, что обеспечивает начальную температуру 0С.
Коэффициент термического расширения воды - величина, характеризующая относительную величину изменения объема воды с увеличением температуры на 10 К, при постоянном давлении.
Фамзовый перехомд (фазовое превращение) в термодинамике -- переход вещества из однойтермодинамической фазы в другую при изменении внешних условий
При фазовом переходе первого рода скачкообразно изменяются самые главные, первичные экстенсивные параметры: удельный объём, количество запасённой внутренней энергии, концентрация компонентов и т. п. Подчеркнём: имеется в виду скачкообразное изменение этих величин при изменении температуры, давления и т. п., а не скачкообразное изменение во времени.
Наиболее распространённые примеры фазовых переходов первого рода:
§ плавление и кристаллизация
§ испарение и конденсация
§ сублимация и десублимация
При фазовом переходе второго рода плотность и внутренняя энергия не меняются, так что невооружённым глазом такой фазовый переход может быть незаметен. Скачок же испытывают их производные по температуре и давлению: теплоёмкость, коэффициент теплового расширения, различные восприимчивости и т. д.
объем термодинамический вода нагрев
Схема установки
Колба 1 помещена в термостатированный объем 3, по которому циркулирует вода с температурой, заданной термостатом 4. Колба закрыта и сверху в неё вставлена измерительная трубка 2, позволяющая измерять высоту столба жидкости, вытесненной из колбы при нагревании.
Температура измеряется термометром 5. Термостат 4 управляется с пульта 6
Расчетные формулы
Средний коэффициент термического расширения воды a:
Где , D- диаметр трубки, и - максимальная высота жидкости и начальная высота жидкости, - начальный объем воды, 0,5 л, t - температура, в єC
Коэффициент термического расширения воды для n-ого интервала:
где
- 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.
Таблица зависимости изменения объема и коэффициента термического расширения от температуры
Таблица 1
|
Ед. измерений
|
T, єC
|
h, см
|
|
|
|
|
1
|
0
|
3,5
|
0
|
-4.039*10^(-3)
|
|
|
2
|
1
|
3,2
|
-2,12*10^(-8)
|
-4.056*10^(-3)
|
|
|
3
|
2
|
2,9
|
-4,239*10^(-8)
|
-1.357*10^(-3)
|
|
|
4
|
3
|
2,8
|
-4,946*10^(-8)
|
-1.359*10^(-3)
|
|
|
5
|
4
|
2,7
|
-5,652*10^(-8)
|
1.361*10^(-3)
|
|
|
6
|
5
|
2,8
|
-3,533*10^(8)
|
2.711*10^(-3)
|
|
|
7
|
6
|
3
|
-3,533*10^(8)
|
2.725*10^(-3)
|
|
|
8
|
7
|
3,2
|
-2,12*10^(-8)
|
4.056*10^(-3)
|
|
|
9
|
8
|
3,5
|
0
|
6.732*10^(-3)
|
|
|
10
|
9
|
4
|
3,532*10^(-8)
|
6.687*10^(-3)
|
|
|
11
|
10
|
4,5
|
7,065*10^(-8)
|
9.3*10^(-3)
|
|
|
12
|
11
|
5,2
|
1,201*10^(-7)
|
9.38*10^(-3)
|
|
|
13
|
12
|
5,9
|
1.696*10^(-7)
|
0.012
|
|
|
14
|
13
|
6,8
|
2.331*10^(-7)
|
0.012
|
|
|
15
|
14
|
7,7
|
2.967*10^(-7)
|
0.013
|
|
|
16
|
15
|
8,7
|
3.674*10^(-7)
|
0.016
|
|
|
17
|
20
|
15,1
|
8.195*10^(-7)
|
0.02
|
|
|
18
|
25
|
23,5
|
1.413*10^(-6)
|
0.022
|
|
|
19
|
30
|
33,8
|
2.141*10^(-6)
|
0.023
|
|
|
20
|
35
|
45,7
|
2.981*10^(-6)
|
0.027
|
|
|
21
|
37
|
52
|
3.427*10^(-6)
|
-
|
|
|
Примеры вычислений:
Средний коэффициент термического расширения воды .
Коэффициент расширения на интервале.
Графическое задание:
График зависимости изменения объема воды от температуры
Рис. 1
График зависимости изменения объема воды от температуры
Рис. 2
График зависимости коэффициента термического расширения
Рис. 3
Погрешности:
Погрешность вычисления среднего коэффициента термического расширения:
?бср=бср(=
Вывод: Проделав данную лабораторную работу, получил коэффициент термического расширения . При нагревании от 0 до 4 градусов Цельсия вода сжимается (см. Рис. 2), а, значит, коэффициент термического расширения принимает отрицательные значения, которые приведены в таблице 1, а при последующем нагревании расширяется (с. Рис. 1, 2), причем коэффициент термического расширения воды с каждым градусом становится больше ( см. Рис. 3).
