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 расширение (объемного) жидкости

Санкт-Петербург

2012 г.

Цель работы — Измерение изменения объема воды при нагреве её от 0? C до 90? C. 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, Dдиаметр трубки, и — максимальная высота жидкости и начальная высота жидкости, — начальный объем воды, 0,5 л, t — температура, в? C

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

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:

?б_ср=б_ср(=

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).