Линейного расширения металлов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА

Цель работы: измерение температурного коэффициента линейного расширения металлических стержней в определенном интервале температур.

Приборы и принадлежности: прибор для определения коэффициента линейного расширения твердых тел, термопара хромель-алюмель, штангенциркуль, исследуемые образцы, многопредельный миллиампермилливольметр М 2020

Теоретические сведения

Равновесное макроскопическое состояние твердого тела определяется не только нормальным механическим напряжением s и относительным удлинением e, но и температурой . При одноосном растяжении с одновременным нагреванием уравнение состояния твердого тела может быть записано в виде

где E — модуль Юнга, a — температурный коэффициент теплового расширения.

Величина определяет деформацию одноосного растяжения (закон Гука), — удлинение при нагревании на градусов.

Если s = 0, то

Все твердые тела при охлаждении и нагревании изменяют свои размеры. Как правило, с повышением температуры размеры тел увеличиваются, т.е. a>0.

При нагревании тела имеющего первоначальную длину , его относительное удлинение пропорционально изменению температуры dt:

(1)

где a — коэффициент линейного расширения (a<<1)

Коэффициент линейного расширения определяет относительное удлинение тела при изменении температуры на один градус.

Длина тела при любой температуре может быть выражена через длину 0⁰С. Из определения коэффициента линейного расширения следует, что

(2)

В результате линейного расширения увеличивается объем тела. Рассмотрим тело в виде куба с ребром . Первоначальные его объем при 0⁰С будет V₀ = ³. Очевидно, что при температуре t объем тела будет равным

Возводя (1+at) в куб и пренебрегая членами, содержащими a², a³ (ввиду их малости), получим:

где b=3a — средний коэффициент объемного расширения. Истинный коэффициент объемного расширения равен

(3)

Для анизотропных кристаллов коэффициент линейного расширения различен для разных направлений, поэтому при изменении температуры кристалл не остается, подобен самому себе.

Описание установки

Прибор для определения коэффициента линейного расширения твердых тел изображен на рис 11.1. Исследуемый образец С, имеющий вид стержня, нагревается в воде, находящейся в стеклянной пробирке П. Для нагревания служит нагреватель Н, который включается с помощью кнопочного выключателя Д, расположенного на панели корпуса прибора. Здесь же расположена контрольная индикаторная лампа нагревателя Л. Штепсельная вилка включается в электрическую сеть с напряжением 220 В. Изменение длины образца при нагревании по сравнению с его начальной длиной фиксируется с помощью индикатора часового типа И. Индикатор часового типа крепится на кронштейне К и может поворачиваться вокруг оси на 90⁰. Для фиксации индикатора на кронштейне служат фиксаторы Ф. Измерение температуры воды в пробирке П осуществляется с помощью термопары ль - аллюмель Т подключенной через клемную колодку к миллиампер милливольтметру М 2020.

Подготовка и проведение эксперимента

---

Дата добавления: 2015-07-15