Kietojo kūno temperatūrinio ilgėjimo koeficiento nustatymas. Laboratorinis darbas

KIETOJO KŪNO TEMPERATŪRINIO ILGĖJIMO KOEFICIENTO NUSTATYMAS Darbo užduotis. Susipažinti su kūnų šiluminio plėtimosi dėsningumais, nustatyti metalinio vamzdelio vidutinį ilgėjimo koeficientą. Teorinė dalis. Kietąjį kūną sudarančios dalelės (molekulės ar atomai) veikia viena kitą potencialinėmis traukos ir stūmos jėgomis. Taigi sąveikaujančios dalelės turi potencinės energijos Wp . Jos priklausomybė nuo atstumo r tarp gretimų dalelių centrų pavaizduota 1 paveiksle. Kai šis atstumas lygus r0, energija Wp yra mažiausia. Klasikinės fizikos požiūriu kietojo kūno dalelės tokiu atstumu būtų nutolę 0 K temperatūroje. Kvantinė fizika įrodė, kad net labai žemose temperatūrose kietojo kūno dalelės virpa apie pusiausvyros padėtį. Vidutinė virpamojo judėjimo energija tiesiogiai proporcinga absoliutinei temperatūrai T. Virpančios dalelės pilnutinė energija yra momentinės kinetinės energijos Wk ir momentinės potencinės energijos Wp suma. Kadangi dalelių sąveikos jėgos yra konservatyvios, tai, dalelei virpant, jos pilnutinė mechaninė energija nekinta ir 1 paveiksle ji pavaizduota skirtingas temperatūras atitinkančiomis horizontaliomis atkarpomis. Kambario temperatūroje virpesių amplitudė sudaro apie 10 % tarpatominio atstumo, t.y. 0,1  0,2 Å (1 Å = 10-10 m ). Kaip matome 1 paveiksle, dalelių sąveikos potencinė duobė yra nesimetriška, todėl dalelės maksimalus poslinkis nuo pusiausvyros padėties yra didesnis joms tolstant negu artėjant, t.y. virpesiai neharmoniniai. Dėl to galima sakyti, kad keliant temperatūrą vidutiniai nuotoliai tarp dalelių padidėja. Tai ypač pastebima, kai yra didesnė virpėjimo kinetinė energija, t.y. aukštesnėse temperatūrose. Tokie kietieji kūnai šildomi plečiasi (1 pav.), tačiau kietajame kūne vykstant faziniams virsmams, jie gali ir trauktis. Pavyzdžiui, taip elgiasi kai kurių rūšių ketus – vėsinant skystą ketų ir jam ėmus kristalizuotis, jis plečiasi. Tirsime ploną vienalytį izotropinį kūną, kurio visų taškų temperatūra yra vienoda. Dažnai tokiems kūnams praktiškos reikšmės turi tik jo ilgio L priklausomybė nuo temperatūros t, t.y. jo linijinis ilgėjimas. Bendruoju atveju priklausomybė L = f (t) yra netiesiška ir apytiksliai aproksimuojama laipsnine eilute ; (1) čia L0 – bandinio ilgis pradinėje temperatūroje t0, o koeficientams galioja nelygybė a1 >> a2 >> a3 ir t.t. Kūno ilgio priklausomybę nuo temperatūros kiekybiškai apibūdina temperatūrinis ilgėjimo koeficientas α, kurį nusakome pagal temperatūrą išdiferencijavę (1) lygybę: . (2) Taigi bendruoju atveju temperatūrinis ilgėjimo koeficientas α = f (t). Tačiau kai temperatūros pokytis t – t0 yra nedidelis, tuomet dėl koeficientų a2, a3 ir t.t. mažumo (1) lygybėje atitinkami eilutės nariai atmetami, ir kūno ilgio priklausomybė nuo temperatūros apytiksliai aprašoma tiesės lygtimi ; (3) čia . Šiame darbe bus skaičiuojamas baigtinį temperatūros intervalą t1 – t0 atitinkantis baigtinis pailgėjimas , todėl iš (3) išreiškiamas vidutinis ilgėjimo koeficientas . (4) Jis skaitine verte lygus santykiniam pailgėjimui () temperatūrą pakėlus vienu laipsniu. Dėl matavimų sklaidos tik iš dviejų matavimų apskaičiuota dydžio vertė yra mažai patikima. Patikimesnė nustatoma panaudojant eksperimentinę pailgėjimo priklausomybę (2 pav.) Teisingai brėždami grafiką, atliekame grafinį matavimų vidurkinimą. Grafike pasirinkę galimai ilgesnę tiesinę atkarpą, nustatome ją atitinkančius dydžius 1 bei (t1 – t0) ir apskaičiuojame . 1.Duomenų lentelė , mm t0 , ºC t, ºC t - t0, ºC l1 600 ± 1 20 25 30 35 40 45 50 5 10 15 20 25 30 0,05 0,1 0,14 0,19 0,23 0,28 Kūno ilgėjimo koeficientas 3pav. grafikas Išvada: Įrodėme, kad kūnas, kylant temperatūrai (ne itin aukštose temperatūrose) ilgėja tolygiai, tai yra temperatūrinio ilgėjimo koeficientas yra konstanta. Brėžinyje yra netikslumų, nes matuojant galėjo būtų paklaidų, kurios tai įtakojo. Literatūra: http://ktu.edu/fizika/sites/ktu.edu.fizika/files/bylos/kietojo_kuno_temperaturinio_ilgejimo_koef.nust_.263.pdf

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!