Дослідження теплового розширення тіл
1. Зібрати експериментальну установку (рис. 1).
2. Встановити індикатор малих переміщень на "0".
3. Виміряти початкову температуру металевого стержня (температура навколишнього середовища - t0).
4. Включити електроплитку і довести воду до кипіння (для пришвидшення процесу можна одразу в колбу залити гарячу воду), прогнати пару через установку.
5. Використовуючи індикатор малих коливань визначити видовження стержня Δl.
6. Провести розрахунки температурного коефіцієнта лінійного розширення.
7. Розрахуйте похибки та оцініть точність отриманих результатів.
8. Порівняйте отримані значення із стандартними табличними величинами та зробіть висновки!
9. Дайте відповіді на контрольні запитання.
10. Відпочивайте! :-)
1. Якщо стальну кульку, що проходить крізь стальне кільце, нагріти, то вона застрягне в кільці. Що відбудеться, якщо нагріти не кульку, а кільце? Що відбудеться, якщо нагріти до однакової температури і кульку і кільце?
2. Лінійний коефіцієнт теплового розширення твердих тіл для більшості речовин складають 10-5 - 10-6 °C-1 і, взагалі кажучи, навіть у однієї і тієї ж речовини можуть біти різними в різних напрямках, тобто коефіцієнт лінійного розширення довжини може бути не рівним коефіцієнту лінійного розширення висоти ібо ширини. Для ізотропних тіл, властивості яких не залежить від напрямку, коефіцієнт лінійного розширення в усіх напрямках однакові.
Покажіть, що для таких тіл зв'язок між коефіцієнтами лінійного і об'ємного розширення виражається формулою: β = 3α (Підказка: розгляньте розширення кубика зі стороною l0 при нагріванні на Δt °C).
3. Кінці стального стержня перерізом S = 1 см2, температура якого t = 20°C, міцно закріплено між вертикальними стінами. Розрахуйте, з якою силою стержень діятиме на стіни, якщо його нагріти до t1 = 200°C. Модуль Юнга E = 2 · 1011 Н/м2, коефіцієнт лінійного розширення α = 1.2 · 10-5K-1.
