Rozszerzalność cieplna metali

ĆWICZENIE NR 29
ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA METALI
Metale zbudowane są mikrokryształów utworzonych ze zjonizowanych atomów
poukładanych w regularną strukturę tworzącą sieć krystaliczną. Odległości pomiędzy węzłami
sieci ustalają się w wyniku równowagi sił przyciągania i odpychania. Położenia jonów zmieniają
się ciągle z powodu drgań cieplnych, ale średnie odległości pomiędzy jonami rosną ponieważ
oddziaływania odpychające silniej zależą od odległości niż oddziaływania przyciągające. Wynikiem
tego procesu jest wzrost długości metalowej próbki podczas jej ogrzewania. Wzrost ten jest
proporcjonalny do temperatury próbki, a sprawdzenie tego efektu i wyznaczenie współczynnika
proporcjonalności (współczynnika rozszerzalności liniowej) jest celem tego ćwiczenia.
1. Zestaw przyrządów
1. Wieszak z próbką metalową (drutem), obciążnikiem i czujnikiem zegarowym.
2. Zasilacz prądowo napięciowy.
3. Miernik temperatury z termoparą, taśma miernicza.
2. Przebieg pomiarów
1. Zmierzyć długość drutu L lub odnaleźć jej wartość w instrukcji.
2. Wyzerować wskaźnik czujnika zegarowego dla temperatury początkowej to.
3. Zwiększać moc zasilającą rozgrzewanie drutu i odnotować wydłużenia Λ i dla kolejnych
temperatur z przedziału to do 130 oC dla co najmniej dziesięciu różnych temperatur ti
starając się zachować równe przyrosty temperatur.
4. Pomiary powtórzyć obniżając temperaturę.
3. Opracowanie wyników pomiarów
1. Obliczyć wydłużenia względne λ i/L odpowiadające kolejnym przyrostom temperatur
τ
i
= ti - to.
2. Wykreślić zależności wydłużenia λ i/L w funkcji temperatury ti dla ogrzewania i dla
ochładzania.
3. Z wykresów oczytać współczynniki nachylenia prostej aproksymującej wyniki i na ich
podstawie obliczyć współczynniki rozszerzalności liniowej i oszacować ich niepewność.
W obliczeniach zastosować regresję liniową metodą najmniejszych kwadratów.
4. Wyniki pomiarów:
L = …......... …....
,
to = …......... …....
4a. Tabela pomiarów (ogrzewanie):
Wielkość
Jednostka
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3
4
5
6
7
8
9
10
3
4
5
6
7
8
9
10
3
4
5
6
7
8
9
10
t
λ
4b. Tabela pomiarów (ochładzanie):
Wielkość
Jednostka
1
2
t
λ
5a.Tabela wyników (ogrzewanie):
Wielkość
Jednostka
1
2
t
λ/Λ
5a.Tabela wyników (ochładzanie):
Wielkość
Jednostka
1
2
t
λ/Λ
α = …........................
Wykonał
Δα = ….............. ,
α = …........................
Δα = …..............
…........................................................................dnia …..................................