Определение коэффициента термического расширения (объёмного) жидкости

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Отчёт по лабораторной работе Название: «Определение коэффициента термического расширения (объёмного) жидкости»

Санкт-Петербург, 2013

Цель работы:

1) измерить изменение объема воды при нагреве ее от 0С до 90С;

2) определить показатель коэффициента термического расширения.

Основные теоретические данные В работе используются: кварцевая колба объемом 0,5 л; измерительная трубка длиной 50 см; термостат.

В отличие от твердых тел, объем которых изменяется при изменении температуры линейно в большом диапазоне температур, у жидкостей эта зависимость имеет более сложный, нелинейный, характер, особенно вблизи температур фазового перехода. Особенный интерес представляет поведение воды в диапазоне температур 010С. 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 — физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличение температуры на 1 К при постоянном давлении. Различают коэффициенты объёмного и линейного расширения.

Фазовый переход в термодинамике — это переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий.

Фазовые переходы в свою очередь делятся на переходы первого и второго рода.

При фазовом переходе первого рода скачкообразно изменяются самые главные, первичные параметры: удельный объём, количество запасённой внутренней энергии, концентрация компонентов и т. п. 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.

Схема установки Колба 1 помещена в термостатированный объем 3, по которому циркулирует вода с температурой, заданной термостатом 4. Колба закрыта и сверху в нее вставлена измерительная трубка 2, позволяющая измерять высоту столба жидкости, вытесненной из колбы при нагревании. Температура измеряется термометром 5.

Термостат 4 управляется с пульта 6. Пульт содержит задатчик температуры (в С), переключатели «НАГРЕВ» и «ЦИРК». Переключатель «НАГРЕВ» включает режим поддержания температуры воды внутри термостата равной заданной, при выключенном переключателе «НАГРЕВ» температура воды устанавливается равной комнатной. Переключатель «ЦИРК» включает или выключает циркуляцию воды через термостатированный объем 3.

Рис. 1

термический расширение переход род Основные формулы Формула для вычисления среднего коэффициента термического расширения воды ():

где

D — диаметр трубки, равный 6 мм;

— начальная высота жидкости и максимальная высота жидкости (при температуре t);

— начальный объем воды, принимается равным 0,5 л;

t — температура, в С, соответствующая максимальной высоте столба жидкости;

Коэффициент термического расширения воды для n-интервала температур (в интервале 015С через 1С, в остальном интервале через 5С).

где — коэффициент термического расширения воды на n — интервале;

— высота столба воды в конце n — интервала;

— высота столба воды в начале n — интервала;

— температура воды в конце n — интервала;

— температура воды в начале n — интервала.

Таблица измерений и вычислений

Примеры вычислений

= 0.36

= -9.41Ч10−3

Графики Рис. 2

Рис. 3

Выводы

В проделанной мною лабораторной работе наблюдалось изменение объёма воды при температуре от 0 до.

Также удалось получить средний коэффициент термического (объёмного) расширения воды равный численно 0.36Ч10−3. Из графика 1 и 2 видно, что объём (1) и коэффициент термического расширения (2) изменяются не линейно.

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/

2. Физика. Методические указания к лабораторным работам (библиотечная литература).