Принцип работы и конструкция прибора

Испытуемый образец твёрдого 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 торцом в опоре 4 и крышке 5. Электрическая схема прибора состоит из нагревателя на базе эмалированного сопротивления, соединённого последовательно с предохранителем и индикаторной лампой.

Рисунок 2

При проведении опытов в нагреватель через прокладку 6 помещается стеклянная пробирка 7 с исследуемым 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. Измерить линейкой длину исследуемого стержня.

2. Пробирку из комплекта принадлежностей наполнить на ½ объёма водой комнатной температуры.

Лабораторная установка

3. Лабораторным термометром замерить температуру воды в пробирке.

4. Поместить стержень в пробирку так, чтобы сферический конец стержня упирался в дно пробирки. Поставить пробирку в установку вместе с исследуемым стержнем.

5. Оттянуть шток индикатора вверх, установить индикатор над пробиркой (повернуть кронштейн в прорези до упора) и опустить шток в углубление на торце стержня. Определить цену деления большой шкалы индикатора.

6. Заметить положение стрелки по большой шкале индикатора (для первого опыта стрелку ставить на нулевую отметку).

7. Включить питание прибора штепсельной вилкой в сеть и кнопочным включателем (13). При этом должна загореться индикаторная лампа (12).

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

9. Для повторения опыта и проведения исследования другого образца необходимо:

- кнопочным выключателем отключить питание прибора,

- индикатор на поворотном кронштейне отвести в сторону до упора,

- извлечь из прибора нагретую пробирку со стержнем и охладить их,

- повторить операции с 1 по 7.

По окончании работы с прибором рассчитать значения коэффициента линейного расширения по формуле (1) , где - увеличение длины образца, l₀ - начальная длина образца (160 мм), t₁ - первоначальная температура в пробирке, t₂^о - конечная температура воды в пробирке после нагревания.

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

№ П/п	lo	t10	t20	δloi	Δ(δloi)	Α, град -1	Δα	εα =(Δα/ α)%
1. 2. 3.
Ср.зн.

Окончательный результат для каждого образца необходимо представить в виде:

α = α_ср Δα_ср.

Контрольные вопросы:

1. Что такое тепловое расширение тел?

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

3. Возможно, ли описать тепловое расширение твёрдого 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. Савельев И.В. Курс физики. Т. 1. - М., «Наука», 1987.

2. Сивухин. Д.В. Общий курс физики. Т 2. - М., «Наука», 1987.

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

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

Лабораторная работа № 6