Принцип работы и конструкция прибора.

Испытуемый образец твердого тела нагревается в воде, находящейся в стеклянной пробирке. Изменение длины нагретого образца по сравнению с его первоначальной длиной (при комнатной температуре) измеряется индикатором малых перемещений. Прибор (рис. 2) состоит из корпуса 1, к которому крепится защитный кожух 2. Внутри кожуха установлен нагреватель 3, центрирующийся с торцов в опоре 4 и крышке 5. Электрическая схема прибора состоит из нагревателя на базе эмалированного сопротивления, соединенного последовательно с предохранителем и индикаторной лампой. При проведении опытов в нагреватель через прокладку 6 помещается стеклянная пробирка 7 со стержнем 8.

На корпусе прибора установлена стойка 9 с кронштейном 10 для индикатора малых перемещений 11. Кронштейн может поворачиваться вокруг оси стойки на 90⁰.

На панели корпуса расположены индикаторная лампа 12 и кнопочный выключатель 13, а на внутренней перегородке – винт заземления 14. Внутри корпуса на опоре расположен держатель с предохранителем 15.

Порядок выполнения работы

1. Пробирки из комплекта принадлежностей прибора на ½ объема наполнить водой комнатной температуры, опустить в каждую по испытуемому стержню и поместить на штатив.

2. Обратить внимание на то, чтобы сферический конец стержня упирался в дно пробирки.

3. Проверить заземление прибора!

4. Штепсельную вилку прибора включить в сеть 220 В.

5. В поворотный кронштейн вставить индикатор и отвести его на четверть оборота в сторону до упора.

6. Лабораторным термометром замерить температуру воды в одной из пробирок (стержень при этом извлекается из пробирки).

7. Пробирку с испытуемым стержнем через резиновую прокладку и отверстие в крышке прибора ввести в нагреватель.

8. Оттянуть шток индикатора вверх, установить индикатор над пробиркой (повернуть кронштейн в прорези до упора) и опустить шток в углубление на торце стержня.

9. Заметить положение на шкале индикатора (для первого опыта стрелку ставить на нулевую отметку).

10. Включить питание прибора кнопочным выключателем. При этом должна загореться индикаторная лампа.

При закипании воды в пробирке испытуемый образец принимает температуру, равную температуре кипения воды. Увеличение длины образца определяется по отклонению стрелки индикатора от первоначального положения. Отсчет ведут с точностью до половины деления шкалы индикатора, т.е. с точностью до 5 микрон.

Для продолжения работы и проведения опытов с другими образцами необходимо:

1. Кнопочным выключателем отключить питание прибора.

2. Индикатор на поворотном кронштейне отвести в сторону до упора.

3. Извлечь из прибора нагретую пробирку и поместить её в штатив.

4. Повторить операции 5……10 для другого образца.

Поскольку дальнейшая работа проводится при «разогретом» приборе, во избежание заметных искажений в замерах, время с момента помещения пробирки в зону нагрева до фиксации первоначального положения стрелки индикатора не должно превышать 30-40 сек.

По окончании раюоты с прибором (после снятия показаний по всем образцам) необходимо рассчитать значения коэффициента линейного расширения, используя формулу:

где: Δ =увеличение длины образца,

t₀= начальная длина образца в (160 мм)

t₁= первоначальная температура в пробирке,

t₂= конечная температура воды в пробирке после нагревания.

Экспериментальные данные и результаты расчета для каждого образца занести в таблицы.

П/п	t10	t20	δli	Δ(δli)	(Δ(δli))2	Sδl	Δ(δl)приα=	ε0l%	α град -1	εα	Δα
1. 2. 3.
Ср.зн.

Окончательный результат для каждого образца необходимо представить в виде

α = α_ср Δα

Контрольные вопросы:

1. Что такое тепловое расширение тел?

2. Что такое коэффициент линейного расширения, коэффициент объемного расширения вещества?

3. Возможно, ли описать тепловое расширение твердого тела, рассматривая его как систему гармонических осцилляторов? Если да, то как? Если нет, то почему?

4. Как по величине коэффициента линейного расширения определить коэффициент объёмного расширения для данного вещества?

Литература:

1. И.В. Савельев. Курс физики. Т. 1. М., «Наука», 1987.

2. Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Т 2. М., «Наука»

3. А.Н. Матвеев. Молекулярная физика. М., «Высшая школа», 1987

4. В.Ф. Яковлев. Курс физики. Теплота и молекулярная физика. М., «Просвещение», 1976.