Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости
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
г.
Цель работы - Измерение изменения объема воды при нагреве её от 0ºC до 90ºC. Определение показателя коэффициента
термического расширения.
Краткое теоретическое содержание:
В данной работе исследуется изменение объема воды в диапазоне температур
от 0°С до 40¸90°С, 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 20¸90°С,
т.е. выше температуры окружающего воздуха. Для проведения измерений в интервале
0¸20°С термостат в начале работы заполняется смесью льда и воды,
что обеспечивает начальную температуру 0°С.
Коэффициент термического расширения воды - величина, характеризующая
относительную величину изменения объема воды с увеличением температуры на 10
К, при постоянном давлении.
Фа́зовый перехо́д (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
<#"551029.files/image001.gif">
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 ºC
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, ºC
|
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)
|
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:
△αср=αср(
=
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).