2. Устройство и принцип действия экспериментальной установки

Установка (рис. 2) состоит из станины, с одной стороны которой крепится индикатор, а с другой – крепление для исследуемого стержня. Исследуемый стержень одним концом крепится неподвижно, а другим концом к индикатору. В качестве индикатора используется динамометр. При пропускании через исследуемый стержень паров кипящей воды в течение 10–15 мин происходит изменение длины стержня на , которое фиксируется индикатором. Определив по формулам (4) и (6), можно рассчитать линейный и объемный коэффициенты теплового расширения материала, из которого изготовлен стержень.

Рис. 2

3. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с экспериментальной установкой и подготовить ее к работе.

2. Определить коэффициенты линейного и объемного теплового расширения трех материалов, из которых изготовлены стержни, используя программу «Расширение».

1. Поместить стержень в крепление. Измерить длину стержня при комнатной температуре .

2. Измерить удлинения стержня по индикатору. Провести измерения 3 раза и рассчитать среднее значение удлинения .

3. Повторить пункты 2.1 и 2.2 для двух оставшихся стержней.

4. Рассчитать коэффициенты и для трех исследуемых стержней, используя программу «Расширение».

5. Измеренные и рассчитанные данные ввести в табл. (программа «Расширение»).

6. Сравнить рассчитанные и справочные данные по коэффициентам теплового расширения (программа «Расширение»).

Таблица

Вещество	, м	,	,	, м	, м	,	,	,
Медь
Алюминий
Сталь

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление теплового расширения тел?

2. Какие параметры характеризуют явление теплового расширения тел?

3. Дать определение коэффициента теплового расширения.

4. По какому закону изменяется объем тела при его тепловом расширении?

5. Какими физическими эффектами обусловлено тепловое расширение твердых тел и жидкостей?

6. Описать методику определения коэффициента линейного теплового расширения твердых тел.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Лабораторная работа № 4 определение показателя адиабаты для воздуха

Цель работы: изучение закономерностей адиабатического процесса идеального газа, определение показателя адиабаты для воздуха методом Клемана-Дезорма, проведение компьютерной обработки результатов.

1. Сведения из теории

Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой. К адиабатическим могут быть отнесены все быстропротекающие процессы, например распространение звука в среде.

Из первого начала термодинамики для адиабатического процесса следует, что

, (1)

т. е. внешняя работа осуществляется за счет изменения внутренней энергии.

Используя выражения и где – давление, – молярная теплоемкость газа при постоянном объеме (равна изменению внутренней энергии 1 моль газа при повышении его температуры на 1 К), для произвольной массы газа уравнение (1) выражается в виде

. (2)

Учитывая, что отношение молярных теплоемкостей газа при постоянных давлении и объеме , , где – показатель адиабаты, – молярная масса вещества, после преобразований можно перейти к выражению

(3)

Полученное уравнение представляет выражение адиабатического процесса или уравнение Пуассона.

Используя уравнения Клапейрона , при переходе к переменным , или , получаем уравнения адиабатического процесса

(4)

Диаграмма адиабатического процесса в координатах изображается гиперболой (рис. 1). На рис. 1 видно, что адиабата 3–1–2 более крута (сплошная линия), чем изотерма (штриховая линия). Это объясняется тем, что при адиабатическом сжатии 1–3 увеличение давления газа обусловлено не только уменьшением его объема, как при изотермическом сжатии, но и повышением температуры.

Рис.1

При выполнении лабораторной работы определение показателя адиабаты производится согласно выражения

, (5)

и – уровни воды в манометре при изохорическом охлаждении или нагревании, соответственно, воздуха в манометре.

Изохорическим называется процесс, происходящий при постоянном объеме газа.